Контроль качества сварных соединений Тема: Дефекты сварных соединений Рассматриваемые вопросы 1. Общие сведения о дефектах В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида изделия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и около шовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния). Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, не провары, подрезы, прожоги, наплывы, не заваренные кратеры и др. Дефектами формы и размеров сварных швов является их не полномерность, неравномерные ширина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п. Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. Причины их возникновения при механизированных способах сварки – колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве. Вопросы для самоконтроля 1. Что называется дефектом? 2. По каким признакам классифицируются дефекты? 3. Назовите виды дефектов связанных с нарушением режимов сварки. Дефекты подготовки и сборки Рассматриваемые вопросы 1. Основные элементы подготовки кромок 2. Дефекты подготовки и сборки Детали, изготавливаемые и собираемые под сварку, должны соответствовать чертежу. Неправильная подготовка и сборка деталей приводят к не проварам, нарушению формы и размеров изделий, дефектам формирования и т. д. При подготовке под сварку могут образоваться следующие дефекты: несоответствие и непостоянство угла скоса кромок и величины притупления установленным требованиям, рванины, грубые неровности и загрязнение мест, подлежащих сварке. Дефектами сборки являются: несоответствие и непостоянство величины зазора между кромками, превышения кромок, жесткое закрепление элементов. Элементы, жестко закрепленные, не могут перемещаться при усадке металла шва, вследствие чего в сварных соединениях возникают собственные напряжения, вызывающие появление трещин. Дефекты сборки могут появиться в результате несовершенства или плохого состояния сборочных или сборочно-сварочных приспособлений. При контроле качества сборки (рис. 1) замеры должны быть выполнены металлическим инструментом (рулеткой, линейкой, угольником, щупом и т. п.) и шаблонами. Вопросы для самоконтроля 1.Перечислите дефекты образующиеся при сборке. 2.За счет чего появляются трещины при сборке? 3. Какие дефекты появляются при большом зазоре, притуплении? Дефекты формы шва Рассматриваемые вопросы 1. Неравномерность по ширине и высоте шва Следующая разновидность дефекта – неравномерность шва, несоответствие геометрических размеров шва требуемым (рис. 2). Появляется дефект по причине неустойчивого режима сварки, неточного направления электрода. Если это автоматизированная сварка, то причины заключаются в колебании напряжения в сети, проскальзывание проволоки в подающих роликах, протекание жидкого металла в зазоры, неправильный угол наклона электрода и т.д. Рис. 2. Неравномерность и несоответствие размеров шва, требуемых нормативными документами Вопросы для самоконтроля 1.Какие основные дефекты формы шва. 2.Что влияет на качество сварного шва. Внешние дефекты Рассматриваемые вопросы 1. Внешние дефекты 2. Причины образования Наплывы (рис. 3) образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными – в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплывов – большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправильный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуются при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться не провары, трещины и др. Рис. 3. Наплыв электродного металла на основной Подрезы (рис. 4) представляют собой продолговатые углубления (канавки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов является смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концентрации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения. Рис.4. Подрезы на основном металле Прожоги – это сквозные отверстия в шве, образованные и результате вытекания части металла ванны (рис. 5). Причинами их образования могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуются при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в результате недостаточно плотного поджатия сварочной подкладки или флюсовой подушки. Рис. 5. Сквозной прожог металла Трещины (рис. 6) так же, как и не провары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в около шовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопическими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора. Рис. 6 Трещины продольные и поперечные на шве и основном металле Кратеры образуются при обрыве дуги в виде углублений в застывшей сварочной ванне (рис. 7). Место кратера должно быть обязательно заварено. При автоматической сварке шов обычно заканчивают на выводной планке, где и появляется кратер. Рис. 7. Не заваренный кратер при окончании процесса сварки Вопросы для самоконтроля 1.Причины возникновения внешних дефектов. 2. Назвать меры по предотвращению появления внешних дефектов. Внутренние дефекты Рассматриваемые вопросы 1. Внутренние дефекты Не проваром называют местное не сплавление кромок основного металла или не сплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Не провары уменьшают сечение шва и вызывают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования не проваров – плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязнений, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Не провары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке. Шлаковые включения (рис. 8), представляющие собой вкрапления шлака в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, на недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке — недостаточной зачистке шлаков от предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность. Рис. 8 Шлаковые включения в сварном шве Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор – повышенное содержание углерода при сварке сталей, загрязнения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя, так называемые, свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений. Рис. 9 Поры внутренние и выходящие на поверхность сварного шва Вопросы для самоконтроля 1.Причины возникновения внутренних дефектов. 2. Назвать меры по предотвращению появления внутренних дефектов. Причины образования основных видов дефектов Рассматриваемые вопросы 1. Причины образования наиболее часто встречающихся дефектов Дефекты по причинам их возникновения связаны с явлениями, происходящими в процессе кристаллизации и формирования самой сварочной ванны и окончательного формирования шва. Это и трещины в самом шве и в около шовной зоне, шлаковые включения, поры. Дефекты по месту их расположения - это трещины и поры, выходящие на поверхность металла, не провары, прожоги, подрезы, наплывы — все они относятся к наружным дефектам и могут быть обнаружены при внешнем осмотре (рис. 10). Рис. 10. Внутренние (А) и наружные (Б) дефекты сварных швов: 1 – не провар; 2 - трещины; 3 – не сплавления; 4 - шлак; 5 – поры; 6 – не провар: 7 - подрезы; 8 - трещины; 9 - поры; 10 – наплыв; 11 - шов неравномерной формы; 12 - прожог; 13 - кратер К внутренним дефектам относятся те же трещины, не провары, включения и поры, но находящиеся внутри шва и не выходящие на поверхность. Их обнаруживают только методами неразрушающего контроля. Причинами образования трещин являются большие напряжения, возникающие в сварных соединениях при сварке. На образование трещин влияет повышенное содержание серы и фосфора. Сера увеличивает склонность металла шва к образованию горячих трещин, а фосфор — холодных. Горячие трещины возникают в процессе кристаллизации металла шва, т. е. при высоких температурах, а холодные — при относительно низких температурах (ниже 100—300°С). Кратеры образуются при обрыве дуги в виде углублений в застывшей сварочной ванне. Место кратера должно быть заварено. При автоматической сварке шов обычно заканчивают на выводной планке, где и появляется кратер. Поры появляются вследствие того, что газы, растворенные в жидком металле, при быстром охлаждении шва не успевают выйти наружу и остаются в нем в виде пузырьков. Размер пор колеблется от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Вопросы для самоконтроля: 1. Назвать основные причины появления внешних дефектов: трещин, газовых пор. 2. Назвать основные причины появления внутренних дефектов: непровара между слоями. Допустимые дефекты Рассматриваемые вопросы 1. Допустимые дефекты Понятно, что все дефекты сварных соединений негативно влияют на качество сварной конструкции. Но есть такие, при которых конструкция может эксплуатироваться без проблем, а есть те, при которых эксплуатировать ее строго запрещено. Поэтому перед тем как определить, можно или нельзя эксплуатировать сварную конструкцию, необходимо принять во внимание все обстоятельства и факторы, влияющие на выбор. Необходимо определить соответствует ли конструкция всем геометрическим и габаритным параметрам строго по проекту или чертежу. Тип дефекта, его размеры и место в соединении. Каким механическим нагрузкам будет подвергаться строение или сооружение. Выдержат ли их сварочные соединения. Характер окружающей среды. Природные нагрузки негативно влияют на состояние сварного шва. Функции, возложенные на конструкцию. То есть, один дефект может выдержать определенные нагрузки, а другие ему противопоказаны. Поэтому рекомендуется использовать оборудование, которое по степени проверки дефекта была выше, чем номинальная допустимая величина самого изъяна. К примеру, трещину размером 3 мм нельзя измерять прибором, который определяет минимальные трещины длиною 5 мм. Кстати, на допустимость влияют не только размеры и форма дефектов, не последнее слово за их количеством и частотой расположения. Дефекты сварных соединений влияют на качество стыка между элементами собираемой конструкции, а значит, и на всю конструкцию в целом. Поэтому исправлению дефектов сварки придается особое внимание. Устраняться сами они не могут. Есть изъяны, которые можно легко устранить, есть, которые устранить можно, но непросто. Способы их устранения известны. А есть дефекты, которые не подлежат исправлению. Вопросы для самоконтроля: 1. По каким признакам дефекты являются допустимыми? Влияние дефектов на работоспособность конструкций Рассматриваемые вопросы 1. Влияние дефектов на работоспособность конструкций Анализ случаев разрушения сварных конструкций, работающих в самых различных условиях, свидетельствует о том, что чаще всего их разрушение начинается от дефектов, возникающих в сварном соединении или в основном металле. В сварных соединениях помимо перечисленных дефектов на прочность могут повлиять не провары, не сплавления, форма сварного шва и т. д. К тому же влияние дефектов, находящихся в сварном соединении, будет несколько иным, чем в металле, что связано с наличием в сварной конструкции остаточных напряжений, которые возникают вследствие высокотемпературного неравномерного нагрева металла при сварке. Поэтому влияние дефектов, представляющих собой концентраторы напряжений, будет во многом зависеть от распределения остаточных напряжений и рабочих напряжений, возникающих в процессе эксплуатации, и совокупности всех этих напряжений. Из всех дефектов, встречающихся в сварных швах, наиболее опасны трещины. Именно наличие трещин в сварном соединении зачастую является причиной аварийного разрушения ответственных сварных конструкций. Это связано с тем, что трещины, находящиеся в сварных соединениях, ослабляют сечение швов или свариваемых элементов и тем самым уменьшают статическую прочность соединений. Кроме того, являясь концентраторами напряжений, трещины существенно уменьшают и динамическую прочность сварных соединений. Отрицательное влияние трещин на работоспособность сварных соединений повышается еще и тем, что со временем размеры трещин постоянно увеличиваются. Этот рост происходит тем быстрее, чем больше величина нагрузки и чем выше ее динамичность и цикличность. Кроме того, на увеличение размеров трещин оказывает влияние и внешняя среда (газовая и жидкостная). Несомненно, что увеличение размеров трещин, образовавшихся при сварке, может привести к разрушению конструкций во время эксплуатации. Рост размеров трещин в процессе эксплуатации особенно опасен в тех случаях, когда это увеличение не вызывает заметных расстройств работы конструкции, например, при эксплуатации различного рода решетчатых конструкций (мостовые и подкрановые фермы, различные -перекрытия и т. д.). Это обусловлено тем, что в подобных конструкциях трещины могут появиться и расти сначала в одном, а затем и во всех швах, связывающих какие-то отдельные элементы. Выход из строя одного элемента конструкции может не привести к немедленному разрушению всей конструкции, но он вызовет-перегрузку других несущих элементов, что конечно увеличит вероятность ее разрушения. Опасность наличия трещин в сварном соединении заключается также в том, что они, являясь дефектами плоского типа, трудно обнаруживаются рентгеновскими методами контроля. Вопросы для самоконтроля: 1. Какие из основных дефектов оказывают влияние на работоспособность конструкций? 2. Какие дефекты являются допустимыми, объяснить. Методы исправления дефектов сварных соединений. Рассматриваемые вопросы 1. Методы исправления дефектов сварных соединений. Методы устранения дефектов сварных швов при ремонте трубопроводов следующие: удаление поверхностных дефектов механическим способом без последующей заварки выборки; удаление поверхностных и внутренних дефектов механическим способом с последующей заваркой выборки; вырезка участка трубы с дефектным сварным соединением с последующей вваркой вставки (участка трубы); полное удаление сварного шва и выполнение сварного соединения вновь. Устранение поверхностных дефектов сварных швов механическим способом без последующей заварки мест их выборки допускается: на сварных соединениях - при остающейся толщине шва и основного металла в месте максимальной глубины выборки не менее расчетной толщины детали(сборочной единицы) в зоне сварного соединения, но не менее 75% ее номинальной толщины; на наплавленных поверхностях - при остающейся толщине однослойной наплавки не менее 4 мм, а однородного многослойного покрытия не менее 5 мм (после окончательной механической обработки) или не менее минимально допустимой по чертежу. Поверхностные дефекты сварных швов, обнаруженные при визуальном и измерительном контроле устраняют следующим образом: чрезмерные усиления сварных швов удаляют механическим способом, недостаточные усиления подваривают с предварительной зачисткой дефектного участка сварного шва; наплывы удаляются механическим способом; подрезы и углубления между валиками подвариваются с предварительной зачисткой места подварки; кратеры, поры и трещины, выходящие на поверхность шва, удаляются механическим способом без образования острых углов и подвариваются до получения размеров сварного шва. Вопросы для самоконтроля: 1. Назовите методы исправления основных дефектов 2. Какое количество раз можно исправлять одно и тоже место? Почему? Правила устранения дефектных мест Рассматриваемые вопросы 1. Условия для удаления дефектных мест 2. Методы удаления Все недопустимые дефекты сварного шва подлежат обязательному устранению, а если это невозможно – сварное изделие бракуется. В конструкциях из стали допускается устранение дефектов плаз менно-дуговой или воздушно-дуговой строжкой с последующей обработкой поверхности абразивами. Можно устранять наружные дефекты шлифовкой. Если производится заварка выборок в швах, подлежащих обязательной термической обработке (из легированных и хромистых сталей), то приступать к исправлению дефектов следует только после отпуска сварного соединения (при 450...650 С). При удалении дефектных мест целесообразно соблюдать определѐнные условия. Длина удаляемого участка должна быть равна длине дефектного места плюс 10...20 мм с каждой стороны, а ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала его двойной ширины до заварки. Форма и размеры подготовленных под заварку выборок должны обеспечивать возможность надѐжного провара в любом месте. Поверхность каждой выборки должна иметь плавные очертания без резких выступов, острых углублений и заусенцев. При заварке дефектного участка должно быть обеспечено перекрытие прилегающих участков основного металла. После заварки участок необходимо зачистить до полного удаления раковин и рыхлости в кратере, выполнить на нѐм плавные переходы к основному металлу. Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектов (дефектных участков) в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует производить только механическим способом – вышлифовкой абразивным или выборкой режущим инструментом, а также вырубкой с последующей зашлифовкой. Подрезы принято устранять наплавкой ниточного шва по всей длине дефекта, но это ведет к повышению расхода сварочных материалов. В таких случаях целесообразно применять оплавление подреза аргонодуговыми горелками, что позволяет «сгладить» дефекты без дополнительной наплавки. Однако производить сварочные работы аргонодуговой сваркой неплавящимся электродом по швам, выполненным другими способами сварки, не рекомендуется из-за возможности нахождения в шве пор, шлака и т.п. Наплывы и неравномерности формы шва исправляют механической обработкой дефекта по всей длине. Кратеры швов заваривают. Прожоги в швах наблюдаются редко, их зачищают и заваривают. Заварку дефектного участка производят одним из способов сварки плавлением (ручной дуговой, дуговой в среде инертных газов и др.). Исправленные швы сварных соединений должны быть повторно проконтролированы в соответствии с требованиями, предъявляемыми к качеству изделия. Если при этом вновь будут обнаружены дефекты, то производят их повторное исправление с соблюдением необходимых требований. Число исправлений одного и того же дефектного участка зависит от марки стали, технологии, принятой для данной стали и, как правило, не превышает двух, трѐх раз. Ограничение связано с изменениями основного металла, происходящими при сварке. Вопросы для самоконтроля: 1. Назовите методы исправления основных дефектов 2. Какое количество раз можно исправлять одно и тоже место? Почему? Классификация методов контроля качества сварных соединений Рассматриваемые вопросы 1. Методы неразрушающего контроля сварных швов Вполне очевидно, что качество сварных швов влияет на функциональность всей сваренной конструкции. Дефекты приводят к ослаблению прочности изделий и их разрушению в процессе эксплуатации. Из-за проницаемости швов нарушается герметичность сосудов и систем, работающих под давлением. Контроль сварных соединений После завершения сварочных работ, изделия должны подвергаться контролю сварных соединений с целью обнаружения и исправления дефектов. Невооруженным глазом можно рассмотреть лишь часть из них - крупные наружные трещины и поры, не провары, подрезы и т.п. Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов. Существует много способов контроля сварных швов, различающихся по принципу действия, способности к обнаружению тех или иных видов дефектов, техническому оснащению. Методы контроля сварных соединений подразделяются на разрушающие и неразрушающие. Последние, в силу понятных причин, являются наиболее широко используемыми. Применяются следующие основные методы неразрушающего контроля сварных соединений: внешний осмотр; радиационная дефектоскопия; магнитный контроль; ультразвуковая дефектоскопия; капиллярная дефектоскопия; контроль сварных швов на проницаемость; прочие методы (проверка с использованием вихревых токов и т.п.). При контроле качества сварки магнитными дефектоскопами используется явление электромагнетизма. Прибор создает вокруг исследуемой области магнитное поле, поток линий которого, проходя через металл, искривляется в местах дефектов. Это искажение фиксируется определенными способами, из которых в сварочном производстве используются два - магнитопорошковый и магнитографический. При первом, на поверхность сварного соединения наносят сухой или влажный (в смеси с маслом, керосином или мыльным раствором) ферромагнитный порошок (например железный), который скапливается в местах дефектов, свидетельствуя, таким образом, о наличие несплошностей. Проверка качества сварных швов магнитной дефектоскопией Более совершенный магнитографический способ предполагает наложение на шов ферромагнитной ленты, на которой после пропускания ее через прибор проявляются имеющиеся дефекты. Проверка качества сварных швов магнитной дефектоскопией: 1 - магнит, 2 - сварной шов, 3 дефект, 4 - магнитная пленка. Магнитным способам контроля могут подвергаться только ферромагнитные металлы. Хромоникелевые стали, алюминий, медь, не являющиеся ферромагнетиками, магнитному контролю не подлежат. Вопросы для самоконтроля: 1. Каковы параметры зазора, притупления, угла разделки кромок должны быть установлены согласно требованиям ГОСТ 5264—80? Внешний осмотр и измерение сварных соединений. Рассматриваемые вопросы 1. Внешний осмотр 2. Обмер сварных швов Внешний осмотр и обмеры сварных швов – наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем. Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефекты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы с увеличением до 10 раз. Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое – увеличивает внутренние напряжения и деформации. Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом – измеряют катет. Замеренные параметры должны соответствовать ТУ или ГОСТам. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаблонами. Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами. Вопросы для самоконтроля: 1.Каковы параметры зазора, притупления, угла разделки кромок должны быть установлены согласно требованиям ГОСТ 5264—80? Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений и определение механических свойств Рассматриваемые вопросы 1. Этапы контроля сварных конструкций Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются проверке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям. После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаблонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тщательно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют специальными шаблонами, а качество подготовки поверхности – с помощью оптических приборов или специальными микрометрами. Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют, главным образом, наружным осмотром и обмером. Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия. Контроль процессов позволяет предотвратить появление систематических дефектов и особенно эффективен при автоматизированной сварке (автоматическая и механизированная дуговая, электрошлаковая. Вопросы для самоконтроля: 1. В чём заключается сущность входного контроля? 2. Для чего проводят контроль сварочных материалов? Исследование макроструктуры и микроструктуры сварного шва Рассматриваемые вопросы 1. Исследование макроструктуры сварного шва 2. Исследование микроструктуры сварного шва Микроструктура шва и зоны термического влияния в значительной степени определяет свойства сварных соединений и характеризует их качество. К дефектам микроструктуры относят следующие: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры и микротрещины, крупнозернистость, перегрев, пережог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог – наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддается исправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока. Вопросы для самоконтроля: 1. Объясните метод исследования микро и макроструктуры. Классификация методов неразрушающего контроля Рассматриваемые вопросы 1. Ультразвуковой контроль 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. 11). Рис. 11 Ультразвуковой контроль швов: 1 – генератор УЗК, 2 – щуп, 3 – усилитель, 4 – экран Эти колебания после их усиления подаются на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа, которые свидетельствуют о наличии дефектов. По характеру импульсов судят о протяженности дефектов и глубине их залегания. Ультразвуковой контроль можно проводить при одностороннем доступе к сварному шву без снятия усиления и предварительной обработки поверхности шва. 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. Вопросы для самоконтроля: 1. В чем сущностьУЗК? 2. Методика контроля? Схемы измерений и инструмент, применяемый для внешнего осмотра и измерений готовых сварных соединений Рассматриваемые вопросы 1. Схемы измерений и инструмент, применяемый для внешнего осмотра и измерений готовых сварных соединений Вопросы для самоконтроля: 1.Объясните метод контроля качества сварного шва при помощи УШС3. Химический метод контроля Рассматриваемые вопросы 1. Капиллярный контроль 2. Пенеранты Капиллярный контроль основан на капиллярной активности жидкостей - их способности втягиваться, проникать в мельчайшие каналы (капилляры), имеющиеся на поверхности материалов, в том числе поры и трещины сварных швов. Чем выше смачиваемость жидкости и чем меньше радиус капилляра, тем больше глубина и скорость проникновения жидкости. С помощью капиллярного контроля можно контролировать материалы любого вида и формы ферромагнитные и неферромагнитные, цветные и черные металлы и их сплавы, керамику, пластмассы, стекло. В основном, капиллярный метод применяют для обнаружения невидимых или слабовидимых невооруженным глазом поверхностных дефектов с открытой полостью. Однако с помощью некоторых материалов (керосина, например) можно с успехом обнаруживать и сквозные дефекты. Для капиллярного контроля разработан ГОСТ 18442-80 "Контроль неразрушающий. Капиллярные методы. Общие требования". Контроль сварных швов с помощью пенетрантов. К наиболее распространенным способам контроля качества сварных швов с использованием явления капиллярности относится контроль пенетрантами (англ. penetrant - проникающий) - веществами, обладающими малым поверхностным натяжением и высокой световой и цветовой контрастностью, позволяющей легко их увидеть. Сущность метода состоит в окраске дефектов, заполненных пенетрантами. Пенетрант для контроля сварных швов Существуют десятки рецептур пенетрантов, обладающих различными свойствами. Есть пенетранты на водной основе и на основе различных органических жидкостей (керосина, скипидара, бензола, уайтспирита, трансформаторного масла и пр.). Последние (на основе различных органических жидкостей) особенно эффективны и обеспечивают высокую чувствительность выявления дефектов. Если в рецептуру пенетрантов входят люминесцирующие вещества, то их называют люминесцентными, а способ контроля - люминесцентной дефектоскопией. Наличие таких пенетрантов в трещинах определяется при облучении поверхности ультрафиолетовыми лучами. Если в состав смеси входят красители, видимые при дневном свете, пенетранты называются цветными, а метод контроля - цветной дефектоскопией. Обычно в качестве красителей используются вещества ярко-красного цвета. У разных пенетрантов разная чувствительность. Самые чувствительные (1-й класс чувствительности) способны выявлять капилляры с поперечным размером 0,1-1 мкм. Верхний предел капиллярного метода - 0,5 мм. Глубина капилляра должна быть минимум в 10 раз больше ширины. Пенетрант может храниться в любой емкости и наноситься на контролируемый шов любым способом, но наиболее удобная форма выпуска - аэрозольные баллончики, с помощью которых смесь распыляется на поверхность металла. Обычно в комплект средства контроля швов входят три баллончика: сам пенетрант; очиститель, предназначенный для очистки поверхности от загрязнений перед проведением контроля и удаления излишков пенетранта с поверхности перед проявлением; проявитель - материал, предназначенный для извлечения пенетранта из дефекта и создания фона, для образования четкого индикаторного рисунка. Баллончики могут быть разборными, позволяющими заряжать их на специальном зарядном стенде, входящем в комплект. Методы контроля сварных соединений с использованием разных пенетрантов могут незначительно отличатся друг от друга, но в основном они сводятся к трем операциям - очистке поверхности, нанесению на неё пенетранта и проявлению дефектов с помощью проявителя. В деталях это выглядит следующим образом. Контроль сварных соединений пенетрантом: 1 - очищенная поверхность с трещиной, 2 нанесенный на поверхность пенетрант (пенетрант заполнил трещину), 3 - очищенная от пенетранта поверхность (пенетрант остался в трещине), 4 - нанесенный на поверхность проявитель (проявитель вытягивает пенетрант из трещины на поверхность, и может создавать светлый фон) Поверхность шва и околошовной зоны очищается от загрязнения, обезжиривается и сушится. При очистке важно не внести в дефекты новых загрязнений, поэтому механический способ очистки, при котором повреждения могут забиться посторонними включениями, использовать нежелательно. Обычно рекомендуется заканчивать операцию очистки очистителем, идущим в комплекте, - протерев им поверхность материалом не оставляющим волокон. Если сварной шов перед контролем подвергался травлению, травящий состав нужно нейтрализовать 10-15% раствором соды (Na2CO3). При контроле в условиях минусовых температур (если свойства используемого пенетранта допускают это), поверхность изделия рекомендуется протереть чистой тканью, смоченной в этиловом спирте. Затем на поверхность распыляют пенетрант и дают выдержку в течение 5-20 минут (в соответствии с инструкций для конкретного состава). Это время необходимо на проникновение жидкости в имеющиеся дефекты. После выдержки излишки пенетранта удаляются с поверхности. Способ удаления может различаться в зависимости от используемого состава. Водорастворимые смеси удаляют тканью без волокон, смоченной в воде, но обычно излишки пенетранта удаляются очистителем, входящим в состав комплекта. Независимо от способа удаления, нужно добиться того, чтобы поверхность была полностью очищена от препарата. В заключительной стадии операции, из третьего баллончика наносится индикаторная жидкость, которая вытягивает пенетрант из полостей дефектов по принципу промокашки, отображая их расположение и форму в виде цветового рисунка. В случае необходимости, при осмотре применяют лупу с двукратным увеличением. Контроль сварных швов пенетрантом Проверка качества сварных швов с использованием пенетрантов имеет как достоинства, так и недостатки. В числе первых - простота использования, высокая чувствительность и достоверность обнаружения дефектов, многообразие контролируемых по виду и форме материалов, высокая производительность, относительная дешевизна. К основным недостаткам относится возможность обнаружения только поверхностных дефектов, необходимость тщательной очистки шва, невозможность применения после механической обработки поверхностного слоя. Применяя пенетранты, следует также иметь в виду, что широко раскрытые дефекты (более 0,5 мм) могут не проявиться - из-за особенности капиллярного явления. Вопросы для самоконтроля: 1.Объясните метод проверки герметичности. 2.Как выбирается пенетрант? Радиационные методы контроля Рассматриваемые вопросы 1. Область применения 2. Техника контроля Радиационные методы контроля являются надежными 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.12). При просвечивании лучи проходят через сварное соединение и облучают пленку. В местах, где имеются поры, шлаковые включения, непровары, крупные трещины, на пленке образуются темные пятна. Вид и размеры дефектов определяют сравнением пленки с эталонными снимками. Источниками рентгеновского излучения служат специальные аппараты (РУП-150-1, РУП-120-5-1 и др.). Рентгенопросвечиванием целесообразно выявлять дефекты в деталях толщиной до 60 мм. Наряду с рентгенографированием (экспозицией на пленку) применяют и рентгеноскопию, т.е. получение сигнала о дефектах при просвечивании металла на экран с флуорес- цирующим покрытием. Имеющиеся дефекты в этом случае рассматривают на экране. Такой способ можно сочетать с телевизионными устройствами и контроль вести на расстоянии. При просвечивании сварных соединений гамма-излучением источником излучения служат радиоактивные изотопы: кобальт-60, тулий- 170, иридий-192 и др. Ампула с радиоактивным изотопом помещается в свинцовый контейнер. Технология выполнения просвечивания подобна рентгеновскому просвечиванию. Гамма-излучение отличается от рентгеновского большей жесткостью и меньшей длиной волны, поэтому оно может проникать в металл на большую глубину. Оно позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Недостатками просвечивания гам- маизлучением по сравнению с рентгеновским являются меньшая чувствительность при просвечивании тонкого металла (менее 50 мм), невозможность регулирования интенсивности излучения, большая опасность гамма-излучения при неосторожном обращении с гамма- аппаратами. Рис 12. Схема радиационного просвечивания швов: а – рентгеновское, б – гамма-излучением; 1 – источник излучения, 2 – изделие, 3 – чувствительная плёнк Магнитные и вихретоковые методы контроля Рассматриваемые вопросы 1. Магнитные методы контроля 2. Вихре токовые 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. При методе магнитного порошка на поверхность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода – мокрый способ). Над местом расположения дефекта создадутся скопления порошка в виде правильно ориентированного магнитного спектра. Для облегчения подвижности порошка изделие слегка обстукивают. С помощью магнитного порошка выявляют трещины, не видимые невооруженным глазом, внутренние трещины на глубине не более 15 мм, расслоение металла, а также крупные поры, раковины и шлаковые включения на глубине не более 3–5 мм. При индукционном методе магнитный поток в изделии наводят электромагнитом переменного тока. Дефекты обнаруживают с помощью искателя, в катушке которого под воздействием поля рассеяния индуцируется э.д.с., вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе 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. Вопросы для самоконтроля: 1. Объясните магнитный метод проверки герметичности. 2. Как проводится вихретоковый контроль? Контроль сварных швов на герметичность. Контроль проникающими веществами, гидравлические и пневматические испытания Рассматриваемые вопросы 1. Контроль сварных швов на герметичность 2. Контроль проникающими веществами, гидравлические и пневматические испытания Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конструкции. Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воз- душным или гидравлическим давлением), вакуумированием или газо-электрическими течеискателями Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам – сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раствором мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Не плотности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос – сквозных трещин и не проваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее. Цистерна подготовленная для проверки на герметичность с использованием керосина Керосин и мел для проверки качества сварных соединений Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5 %-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через не плотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов). Контроль воздушным давлением (сжатым воздухом или другими газами) подвергают сосуды и трубопроводы, работающие под давлением, а также резервуары, цистерны и т.п. Это испытание проводят с целью проверки общей герметичности) сварного изделия. Малогабаритные изделия полностью погружают в ванну с водой, после чего в него подают сжатый воздух под давлением, на 10–20 % превышающим рабочее. Крупногабаритные конструкции после подачи внутреннего давления по сварным швам покрывают пенным индикатором (обычно раствор мыла). О наличии не плотностей в швах судят по появлению пузырьков воздуха. При испытании сжатым воздухом (газами) следует соблюдать правила безопасности. Контроль гидравлическим давлением применяют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газ проводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием сварное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми заглушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом. Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5–2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверхности швов. Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой, доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резервуаров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и регистрации на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся не плотности. Люминесцентный контроль и контроль методом красок, называемый также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты – трещины, поры, не провары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и около шовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жидкости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением – в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению. Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачивающая жидкость, которая под действием капиллярных сил проникает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов. Контроль газоэлектрическими тече искателями применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие тече искатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен проходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется тече искателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щупом и анализируется в тече искателе. Вопросы для самоконтроля: 1.Объясните керосиновый метод. 2.Как проводится контроль швов течеисканием? Организация рабочего места. ТБ при проведении контроля качества сварных швов Рассматриваемые вопросы 1. Организация рабочего места. 2. ТБ при проведении контроля качества сварных швов При производстве работ по неразрушающему контролю сварных соединений методами рентгенографической, ультразвуковой дефектоскопии должны соблюдаться требования инструкций завода- изготовителя. Аппаратура, используемая для дефектоскопии различными методами неразрушающего контроля, должна быть работоспособна, иметь свидетельство государственной поверки и инструкцию по эксплуатации. Все приборы и настроечные образцы, применяемые для проведения контроля сварных соединений на объектах, должны быть аттестованы и сертифицированы. Оборудование с питанием от сети напряжением 220 В, должно быть заземлено. К работе с дефектоскопами, толщиномерами при контроле качества изоляции допускаются лица, обученные правилам безопасности и имеющие допуск к работе с высоковольтным (свыше 1000 В) оборудованием. Запрещается производить работы по дефектоскопическому обследованию на открытых площадках во время грозы. При возникновении аварийных ситуаций персонал, производящий работы по дефектоскопии должен выключить аппаратуру, покинуть опасную зону. К работе с аппаратурой по физическим методам контроля качества сварных стыков (ультразвук, рентгенодефектоскопия, гамма-дефектоскопия) допускаются лица не моложе 18 лет, окончившие специальные курсы, имеющие квалификационные удостоверения, обученные безопасным способам работ, прошедшие инструктаж по охране труда и обеспеченные средствами индивидуальной защиты. Допускать к самостоятельной работе с аппаратурой по физическим методам контроля лиц, не имеющих специальной подготовки и не обученных безопасным методам труда, запрещается. Аппаратура и приборы по физическим методам контроля, во избежание соприкосновения с токоведущими частями, должны быть защищены кожухами и футлярами. Аппаратура, работающая от источников электропитания, должна быть надежно заземлена. Ремонтировать аппаратуру со снятием кожухов или футляров разрешается только после отключения сети питания и только обученным работникам (электромонтер). Материалы, используемые дефектоскопистом (сосуды с контактирующей жидкостью, ветошь, бумага и др.), должны храниться в металлических ящиках. Перед включением рентгеновского аппарата необходимо проверить соответствие положения переключателя напряжению сети. Включение и вывод на режим, а также выключение установки следует производить только в порядке, изложенном в инструкции завода-изготовителя, прилагаемой к установке. Не разрешается на рентгеновскую установку давать нагрузку большую, чем предусмотрено паспортом или актом технического осмотра. При работе с электроннолучевой трубкой переносных рентгеновских аппаратов пульт управления следует располагать вне зоны первичного излучения и от блока трансформатора на максимальном расстоянии, определяемом по расчету. При просвечивании стыков изнутри трубы после выключения высокого напряжения необходимо отключать аппарат от источника питания. Рентгеновский аппарат должен подвергаться ежегодному техническому осмотру с составлением акта, в котором указываются техническое состояние установки в целом, а также отдельных его частей, особенности и допустимые режимы работы. При работе с дефектоскопом необходимо соблюдать правила безопасности указанные в паспорте на эксплуатацию аппарата. При работе с рентгеновскими аппаратами соблюдать требования радиационной защиты, установленные Федеральным законом «О радиационной безопасности населения», СанПиН 2.6.1.2523-09 и СП 2.6.1.2612-10 Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСПОРБ-99/2010). При проведении работ по рентгенодефектоскопии должен постоянно контролироваться уровень дозы излучения. Индивидуальный контроль дозы внешнего облучения ведут при помощи индивидуальных дозиметров. Данные о дозах облучения (переоблучения) персонала и эффективности средств защиты необходимо ежемесячно сообщать администрации организации, а также контролирующему санитарному врачу (по его требованию) для принятия мер по уменьшению доз облучения. Вопросы для самоконтроля: 1.Объясните правила по организации рабочего места при контроле. 2.Действия персонала при аварийных ситуациях?