Виды контроля качества сварных соединений

Содержание:

Качество сварки и сварных соединений – это основной показатель, которому должно соответствовать изделие для удовлетворения запросов заказчика.

Стоит отметить, что в общем качество сварки и сварных соединений зависит от различных факторов, в том числе и от, собственно, технологического процесса. Общее качество сварки определяется по уровням дефектов при сваривании металлоизделий.

Основные показатели, влияющие на общее качество сварки, представлены на рисунке 1.

Подробнее остановимся на основных технологических факторах, влияющих на качество сваривания:

• режим сварочного процесса – это и сила тока, и напряжение;
• материалы необходимые для сваривания: электроды, флюсы, защитные газы;
• материал свариваемого изделия;
• профессионализм сварщика – это и разряд, и опыт работы;
• условия, в которых производится сваривание.

Способы контроля качества сварки и сварочных соединений.

Контроль качества сварки и сварных соединений состоит из нескольких обязательных этапов, которые позволяют определить дефекты. В ходе контроля осуществляется проверка таких показателей:

• приемлемого внешнего вида (при внешнем осмотре);
• плотности сварного шва;
• физико-химических свойств сварного шва.

Кроме того, контроль качества сварных соединений может быть:

• предварительным – это первичный контроль сварного соединения для определения качества сварки. Такой контроль предупреждает образование дефектов, он заключается в контроле электродов, флюсов, соблюдения режимов работы и т.д.;
• окончательный – это контроль, который оценивает результаты технологического процесса, его суть заключается в определении качества швов и выявлении дефектов.

Остановимся на каждом методе контроля детальнее.

Предварительный контроль качества сварки и сварных соединений включает в себя следующие этапы:

1. Контроль подготовки к сварочным работам. На этом этапе проверяется качество используемых в процессе работ сварочных материалов, кромок деталей металлоизделия, подготовленных под сварку, оборудования и оснастки, кроме того контрольную проверку проходит сам свариваемый материал и, конечно, необходимо удостовериться в готовности сварщиков к работе.
2. Контроль непосредственно над самими сварочными работами. Этот этап заключается в контроле режимов сваривания, проверке соблюдения технологического процесса сваривания, проверке порядка наложения кромок деталей, зачистки кратеров, швов.

Окончательный контроль качества сварки, сварных соединений направлен на определение образовавшихся дефектов и состоит из множества видов проверки:

• Визуальный осмотр сварного шва. При внешнем осмотре определяется наружный брак: наличие незаваренных мест, наплывов, подрезов, трещин, а также наличие смещения сваренных деталей, которое могло произойти в процессе сваривания. Обычно, после сварки деталь зачищают от окалин, брызг и шлака. Осмотр сварного соединения производится представителем отдела технического контроля с применением лупы с пяти и даже десятикратным увеличением.
• Испытание сварных соединений на проницаемость – это проверка, которой подвергают емкости, которые работают под давлением газовой или жидкой среды. Такая проверка проводится испытанием, но только после визуального осмотра и устранения выявленных дефектов.

Испытания сварочных швов в аппаратах, которые предназначены для работы под давлением:

• Давление жидкостей (гидравлическое).

1 способ. Емкость полностью или частично заполняется водой на 2-24 часа. Сварной шов считается качественным, если в течение вышеуказанного времени не дал течи и остался с внешней стороны в сухом виде.

2 способ. Емкость, трубопровод или другого вида конструкция наполняется водой и на пять минут создается внутри сосуда избыточное давление – в два раза выше рабочего. После истечения вышеуказанного времени давление снижается до рабочего, а околошовную зону снаружи обстукивают молотком. Влажные и запотевшие участки – дефекты, отмечаются мелом. Затем вода сливается из сосуда, а некачественные швы завариваются! После устранения дефектов швы опять подвергаются испытаниям.

В емкость или трубопровод подается газ, воздух или азот под давлением, указанным в технических условиях. Затем сосуд герметизируется, а все сварочные швы промазываются мыльным раствором, состоящим из 100 г мыла и одного литра воды. Если сварной шов с дефектом, то на нем будут появляться мыльные пузыри.

Перед началом этого испытания предварительно необходимо очистить сварные швы от окалин, масла и ржавчины. Затем на шов накладывают тканевый кусочек или бумажную ленту, которые перед этим пропитывают специальным индикатором. Далее в проверяемую емкость нагнетают воздух с одним процентом аммиака. Если сварное соединение с дефектом – имеются микроскопические трещины или не проваренные места, то бумага или ткань с индикатором окрашиваются в серебристо-черный цвет в течение пяти минут под воздействием аммиака.

Контроль качества сварки и сварных соединений с помощью рентгеновского просвечивания представлен на рисунке 2.

Такой вид контроля позволяет выявлять трещины и непровары в изделиях из стали с глубиной залегания до 100 миллиметров, в медных деталях – до 25 мм и в алюминиевых – до 300 мм.

Преимущества рентгеновского метода.

• высокая чувствительность;
• позволяет точно определить размер дефекта;
• точное нахождение места расположения дефекта.

Недостатки рентгеновского метода:

• рентгеновское излучение вредно для человека;
• довольно большие габариты аппарата;
• трудоемкость работ;
• сложность управления аппаратурой.

Рассмотрим, также значение магнитного поля в контроле качества сварки и сварных соединений.

Магнитный порошок – это порошок, получаемый путем шлифовки металла. Порошок наносят в сухом или масляном виде на сварочное соединение, после чего изделие намагничивается. В местах дефекта магнитный порошок скапливается за счет искажения магнитного поля (рис. 3).

Все виды вышеперечисленных методов контроля высокоэффективны и позволяют выявить даже микроскопические дефекты сварных соединений.

Содержание

Для того чтобы сварное соединение соответствовало заданным требованиям по качеству, необходимо контролировать его, начиная с контроля подготовки шва, продолжая контролировать во время сварки и заканчивая проверкой уже готового сварного соединения. Исходя из этого, различают следующие виды контроля сварки: предварительный, текущий и окончательный.

Виды контроля сварных соединений

Предварительный контроль

Предварительный контроль включает в себя проверку качества свариваемого металла и материалов для сварки. Кроме этого, контролируют подготовку сварных кромок и сборку свариваемых деталей, исправность оснастки для сварки, сварочного оборудования и приборов. Кроме этого, необходимо провести испытания стали на свариваемость, которые включают в себя механические испытания, металлографический анализ и испытания на вероятность образования холодных трещин и горячих трещин при сварке.

Текущий контроль сварки

Текущий контроль ведут непосредственно во время сварочных работ. При этом проверяют соблюдение технологии сварки (соблюдение режимов сварки, качество зачистки промежуточных сварных швов, заварку сварочных кратеров, выполнение предварительного и сопутствующего подогрева, при необходимости и другие моменты).

Окончательный контроль сварки

При окончательном контроле проверяют уже готовые сварные соединения. Готовое сварное изделие должно полностью удовлетворять требованиям, предъявляемым к нему.

Суммарная трудоёмкость всех контрольных операций может достигать до 30% от общей трудоёмкости изготовления сварной металлоконструкции. Объём контроля зависит от того, насколько высоки требования, предъявляемые к металлоконструкции, от сложности технологии сварки и от квалификации контролирующего персонала.

Какими методами контролируют сварные соединения?

Контроль сварных соединений производится с помощью следующих методов контроля: внешним осмотром, металлографическим анализом, химическим анализом, с помощью механических испытаний, просвечиванием рентгеновскими, или гамма-лучами, ультразвуковую дефектоскопию, магнитную дефектоскопию. Для достоверного контроля, сварное соединение необходимо очистить от шлака, окалины и сварочных брызг.

По своей сути, способы контроля сварки можно разделить на две группы: методы разрушающего контроля и методы неразрушающего контроля сварных соединений. О каждой из этих групп будет сказано чуть ниже по тексту.

Методы разрушающего контроля сварных соединений

Методы разрушающего контроля сварки — это различные испытания сварных образцов, позволяющие определить параметры сварного шва и зоны термического влияния. К таким методам относятся механические и металлографические испытания, а также химический анализ. Чаще всего такие испытания выполняют на контрольных образцах и реже — на самом изделии. Контрольные образцы должны из того же материала, что и само изделие, и свариваются они по той же технологии.

Металлографические исследования сварных соединений

Металлографический анализ заключается в засверливании и протравливании поверхности металла 10%-ным водным раствором хлорида меди и аммония. При этом засверленная поверхность должна проходить и через металл сварного шва, и через основной металл. Время протравливания составляет 2-3мин. По окончании протравливания остатки хлорида меди смывают водой.

После этого протравленную поверхность осматривают невооружённым взглядом (макроструктурное исследование), или, используя оптические приборы (макроструктурное исследование). При осмотре определяют качество провара и наличие внутренних сварных дефектов. При сварке ответственных металлоконструкций, металлографические исследования проводятся в расширенном объёме. Для их проведения применяются специальные микро- и макрошлифы, изготовленные из сваренных вместе контрольных пластин, или пластин, вырезанных непосредственно из сварного соединения.

Макроструктурное металлографическое исследование проводят невооружённым глазом, или с помощью лупы или увеличительного стекла. При таком методе контроля можно определить характер расположение видимых сварных дефектов.

При микроструктурном анализе исследуют структуру сварного шва и переходной зоны с помощью оптических приборов, дающих увеличение в 50-2000раз. Микроструктурное исследование позволяет определить наличие шлаковых включений в металле шва, обнаружить прожоги и несплавления, увидеть мельчайшие трещины и поры в металле и оценить величину зёрен металла.

Химический анализ сварного соединения

При проведении химического анализа устанавливают химический состав сварного шва, основного металла и электродов и определяют их соответствие установленным стандартам на изготовление сварного изделия. Химический анализ должен проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 122-75, в котором оговорены методы отбора проб для химического и спектрального анализа.

Механические испытания сварного соединения

Для проведения механических испытаний чаще всего изготавливают специальные контрольные образцы из того же металла по той же технологии, что и сварное соединение. В некоторых случаях проводят испытания на образцах, вырезанных из сварного соединения.

При проведении механических испытаний определяют таких механические свойства соединения, как предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твёрдость и максимальный угол загиба и пластичность металла. Форма и размеры образцов, взятых для испытаний, должны соответствовать ГОСТ 6996. Согласно этому стандарту, испытывают металл сварного шва, зону термического влияния и основной металл.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К методам неразрушающего контроля сварки относят способы, позволяющие проверить качество металла шва и переходной зоны без их разрушения. К этим методам относятся внешний осмотр сварного соединения, а также исследования при помощи электромагнитных, акустических воздействий и при помощи различных веществ, проникающих в сварной металл.

С помощью подобных методов можно определить наличие различных дефектов в сварном соединении, их характер, величину и расположение. Эти возможности и определили общее название этих методов — дефектоскопия. О том, какие бывают виды дефектоскопии, и о неразрушающем контроле сварки подробно рассказано на странице: "Неразрушающий контроль сварных соединений, методы контроля".

Под контролем качества сварки подразумеваются проверка условий и порядок выполнения сварочных работ, а также определение качества выполненных сварных соединений в соответствии с техническими требованиями.

В сварочном производстве применяют следующие виды контроля: входной (предупредительный), текущий (пооперационный) и приемочный (выходной) готовых изделий и узлов.

Цель входного контроля – уменьшить вероятность возникновениябрака при выполнении сварочных работ (контроль документации, качества исходных и сварочных материалов, квалификации сварщиков и т. д.).

Текущий контроль осуществляется в процессе сборочно-сварочных работ.

Приемочный, или выходной контроль, осуществляется для выявления наружных и внутренних дефектов сварки.

Различают разрушающие и неразрушающие методы контроля качества сварных соединений.

Разрушающие методы контроля качества сварных соединений

Разрушающие испытания проводят на образцах-свидетелях, моделях и реже на самих изделиях для получения информации, прямо характеризующей прочность, качество или надежность соединений. К их числу относятся: механические испытания, металлографические исследования, химический анализ и специальные испытания. Эти методы применяют главным образом при разработке технологии изготовления металлических конструкций или для выборочного контроля готовой продукции.

Механические испытания предусматривают статические испытания различных участков сварного соединения на растяжение, изгиб, твердость и динамические испытания на ударный изгиб и усталостную прочность.

Металлографические исследования проводят для установления структуры металла сварного соединения и наличия дефектов.

При макроструктурном методе определяют характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений путем изучения макрошлифов и изломов металла невооруженным глазом или с помощью лупы.

При микроструктурном анализе исследуют структуру металла на полированных и травленных реактивами шлифах при увеличении в 50. 2000 раз. Такие исследования позволяют обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, сульфидных и оксидных включений, размеры зерна, микроскопические трещины и другие дефекты структуры.

Химический анализ позволяет установить состав основного и наплавленного металла, электродов и их соответствие ТУ на изготовление сварного соединения.

Специальные испытания проводят для получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации (коррозионная стойкость, ползучесть металла при воздействии повышенных температур и др.).

Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений

При неразрушающих испытаниях оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы (ими проверяется более 80 % сварных соединений) применяют, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся: внешний осмотр, радиационный, ультразвуковой и магнитный контроль, контроль на непроницаемость и ряд других методов, имеющих ограниченное применение.

Внешнему осмотру подвергается 100 % сварных соединений. Осмотр выполняют невооруженным глазом или с помощью лупы, используя шаблоны и мерительный инструмент. При этом проверяются геометрические размеры швов, наличие подрезов, трещин, непроваров, кратеров и других наружных дефектов.

Контролю на непроницаемость подвергают трубопроводы и емкости, предназначенные для транспортирования и хранения газов и жидкостей и, как правило, работающие при избыточном давлении.

Пневматические испытания основаны на создании с одной стороны шва избыточного давления воздуха (10. 20 кПа) и промазывании другой стороны шва мыльной пеной, образующей пузыри под действием проникающего через неплотности сжатого воздуха. Негерметичность можно также оценить по падению давления воздуха в емкости, снабженной манометром.

Вид гидравлического испытания зависит от конструкции изделия. Налив воды применяют для испытания на прочность и плотность вертикальных резервуаров, газгольдеров и других сосудов с толщиной стенки не более 10 мм. Воду наливают на полную высоту сосуда и выдерживают не менее 2 ч. Поливу из шланга с брандспойтом под давлением не ниже 0,1 МПа подвергают сварные швы открытых сосудов. При испытании с дополнительным гидростатическим давлением последнее создают в наполненном водой и закрытом сосуде с помощью гидравлического насоса. Величину давления определяют по техническим условиям и правилам Котлонадзора. Дефектные места устанавливают по наличию капель, струек воды и отпотеваний.

Внутренние дефекты сварных соединений выявляют просвечиванием рентгеновскими лучами (толщина металла до 60 мм (рис. 1)), или гамма-лучами (толщина металла до 300 мм (рис. 2)). Выявление дефектов основано на различном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Результаты фиксируются на пленке или выводятся на специальный экран. Размеры выявляемых дефектов: при рентгенографии – 1. 3 % от толщины металла, при радиографии – 2. 4 %.

Рис. 1. Рентгенографический контроль сварных соединений: 1 – рентгеновская трубка; 2 – сварное соединение; 3 – кассета; 4 – пленка

При оценке качества швов рекомендуется иметь эталонные снимки характерных дефектов для разных толщин металла. Альбомы эталонных снимков утверждаются инспекцией Ростехнадзора и являются неотъемлемой частью ТУ на приемку изделий.

Рис. 2. Схема просвечивания гамма-лучами: 1 – затвор; 2 – свинцовая капсула; 3 – капсула с веществом; 4 – сварное соединение; 5 – кассета с пленкой

Магнитографический контроль основан на обнаружении полей рассеивания, образующихся в местах расположения дефектов при намагничивании контролируемых сварных соединений (рис. 3). Поля рассеивания фиксируются на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности шва. Запись производят на дефектоскопе. Магнитографический контроль можно применять только для проверки сварных соединений металлов и сплавов небольшой толщины, обладающих ферромагнитными свойствами. Выявляют поверхностные и подповерхностные макротрещины, непровары, поры и шлаковые включения глубиной 2. 7 % на металле толщиной 4. 12 мм. Менее четко обнаруживаются поры округлой формы, широкие непровары (2,5. 3 мм), поперечные трещины, направление которых совпадает с направлением магнитного потока.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых колебаний (механические колебания частотой 16. 25 МГц) отражаться от поверхности, разделяющей среды с разными акустическими свойствами. Для получения ультразвуковых колебаний используют свойство титаната бария, кристаллов кварца и некоторых других веществ преобразовывать электрические колебания в механические и наоборот (обратный и прямой пьезоэффекты).

Рис. 3. Схема прохождения магнитного потока в сварном соединении: а – при отсутствии дефекта; б – при наличии дефекта; 1 – поле магнитного рассеяния; 2 – дефекты шва

Ультразвуковой контроль имеет определенные преимущества перед радиационными методами: высокую чувствительность (площадь обнаруживаемого дефекта 0,2. 2,5 мм² при толщине металла до 10 мм и 2. 15 мм² при больших толщинах), возможность контроля при одностороннем доступе к шву, высокую производительность, возможность определения точных координат залегания дефекта, мобильность аппаратуры.

Основным методом УЗ-контроля является эхо-метод. Этим методом контролируют около 90 % всех сварных соединений толщиной более 4 мм.

На рис. 4 представлена принципиальная схема УЗ-контроля эхоимпульсным методом с совмещенной схемой включения искателя и приемника. Импульсный генератор 1 формирует короткие электрические импульсы с длинными паузами. Искатель 5 преобразует эти импульсы в ультразвуковые колебания. При встрече с дефектом волны от него отражаются, снова попадают на искатель и преобразуются в электрические колебания, поступающие на усилитель 2 и дальше на экран прибора 3. Зондирующий импульс генератора 6 размещается в начале развертки, импульс от донной поверхности 8 – в конце развертки, а импульс от дефекта 7 – между ними. В процессе контроля сварного соединения искатель перемещается зигзагообразно по основному металлу вдоль шва 4. Для обеспечения акустического контакта поверхность изделия в месте контроля обильно смазывают маслом (например, компрессорным).

К недостаткам метода следует отнести прежде всего низкую помехоустойчивость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.

Рис. 4. Ультразвуковой контроль сварных соединений: 1 – генератор; 2 – усилитель; 3 – экран прибора; 4 – сварной шов; 5 – искательприемник; 6 – начальный импульс; 7 – импульс от дефекта; 8 – импульс от донной поверхности

Люминесцентная и цветная дефектоскопия относятся к методам капиллярной дефектоскопии. Контролируемую поверхность покрывают слоем флюоресцирующего раствора или ярко-красной проникающей жидкости. Затем раствор или жидкость удаляют, а поверхность облучают ультрафиолетовым светом (люминесцентный метод) или покрывают белой проявляющей краской (цветная дефектоскопия). В первом случае дефекты начинают светиться, а во втором – проявляются на фоне белой краски. С помощью этих методов выявляют поверхностные дефекты, главным образом трещины, в том числе в сварных соединениях из немагнитных сталей, цветных металлов и сплавов.

В каждом конкретном случае способ и объемы контроля качества сварного соединения выбираются в зависимости от назначения и степени ответственности конструкции в соответствии с отраслевыми нормативными документами, специальными техническими условиями или проектом.

Просмотров: 40130 Создан: 2012-10-20 Источник: Трубные технологии