Способы контроля дефектов. Дефекты и контроль качества сварных соединений. Общие сведения и организация контроля
Средства и методы контроля. Состояние деталей и сопряжений можно определить осмотром, проверкой на ощупь, при помощи мерительных инструментов и другими методами.
В процессе осмотра выявляют разрушение детали (трещины, выкрашивание поверхностей, изломы: и т. п.), наличие отложений (накипь, нагар и т. п.), течь воды, масла, топлива: Проверкой на ощупь определяют износ и смятие ниток резьбы на деталях в результате предварительной затяжки, эластичность сальников, наличие задиров, царапин и др. Отклонения сопряжений от заданного зазора или натяга деталей от заданного размера, от плоскостности, формы, профиля и т. д. определяют при помощи измерительных инструментов.
Выбор средств контроля должен основываться на обеспечении заданных показателей процесса контроля и анализа затрат на реализацию контроля при заданном качестве изделия. При выборе средств контроля следует использовать эффективные для конкретных условий средства контроля, регламентированные государственными, отраслевыми стандартами и стандартами предприятий.
Выбор средств контроля включает следующие этапы:
анализ характеристик объекта контроля и показателей процесса контроля;
определение предварительного состава средств контроля;
определение окончательного состава средств контроля, их экономического, обоснования, составление технологической документации.
В зависимости от производственной программы, стабильности измеряемых параметров могут быть использованы универсальные, механизированные или автоматические средства контроля. При ремонте наибольшее распространение получили универсальные измерительные приборы и инструменты. По принципу действия они могут быть разделены на следующие виды.
1. Механические приборы - линейки, штангенциркули, пружинные приборы, микрометрические и т. п. Как правило, механические приборы и инструменты отличаются простотой, высокой надежностью измерений, однако имеют сравнительно невысокую точность и производительность контроля. При измерениях необходимо соблюдать принцип Аббе (компараторный принцип), согласно которому необходимо, чтобы на одной прямой линии располагались ось шкалы прибора и контролируемый размер проверяемой детали, т. е. линия измерения должна являться продолжением линии шкалы. Если этот принцип не выдерживается, то перекос и непараллельность направляющих измерительного прибора вызывают значительные погрешности измерения.
2. Оптические приборы - окулярные микрометры, измерительные микроскопы, коллимационные и пружинно-оптические приборы, проекторы, интерференционные средства и т. д. При помощи оптических приборов достигается наивысшая точность измерений. Однако приборы этого вида сложны, их настройка и измерение требуют больших затрат времени, они дороги и часто не обладают высокой надежностью и долговечностью.
3. Пневматические приборы - длинномеры. Этот вид приборов используется в основном для измерений наружных и внутренних размеров, отклонений формы поверхностей (в том числе внутренних), конусов и т. п. Пневматические приборы имеют высокую точность и быстродействие. Ряд измерительных задач, например точные измерения в отверстиях малого диаметра, решается только приборами пневматического типа. Однако приборы этого вида чаще всего требуют индивидуальной тарировки шкалы с использованием эталонов.
4. Электрические приборы. Они получают все большее распространение в автоматической контрольно-измерительной аппаратуре. Перспективность приборов обусловлена, их быстродействием, возможностью документирования результатов измерений, удобством управления.
Основным элементом электрических измерительных приборов является измерительный преобразователь (датчик), воспринимающий измеряемую величину и вырабатывающий сигнал измерительной информации в форме, удобной для передачи, преобразования и интерпретации. Преобразователи классифицируют на электроконтактные (рис. 2.1), электроконтактные шкальные головки, пневмоэлектроконтактные, фотоэлектрические, индуктивные, емкостные, радиоизотопные, механотронные.
Виды и методы неразрушающего контроля. Визуальный контроль позволяет определить видимые нарушения целостности детали. Визуально-оптический контроль обладает рядом очевидных преимуществ перед визуальным контролем. Гибкая волоконная оптика с манипулятором позволяет осмотреть значительно большие зоны, недоступные для открытого обзора. Однако многие опасные дефекты, проявляющиеся в процессе эксплуатации, визуально-оптическими методами в большинстве своем не обнаруживаются. К таким дефектам относятся в первую очередь усталостные трещины небольших размеров, коррозионные поражения, структурные превращения материала, связанные с процессами естественного и искусственного старения и т. д.
В этих случаях используются физические методы неразрушающего контроля (НК). В настоящее время известны следующие основные виды неразрушающего контроля: акустический, магнитный, радиационный, капиллярный и вихретоковый. Их краткая характеристика приведена в табл. 2.3.
Каждый из видов неразрушающего контроля имеет несколько разновидностей. Так, среди акустических методов можно выделить группу ультразвуковых методов, импедансный, свободных колебаний, велосимметрический и т. д. Капиллярный метод подразделяется на цветной и люминесцентный, радиационный метод - на рентгено - и гамма-методы.
Общей особенностью методов неразрушающего контроля является то, что непосредственно измеряемыми этими методами являются физические параметры такие, как электропроводность, поглощение рентгеновских лучей, характер отражения и поглощения рентгеновских лучей, характер отражения и поглощения ультразвуковых колебаний в исследуемых изделиях и т. д. По изменению значений этих параметров в ряде случаев можно судить об изменении свойств материала, имеющих весьма важное значение для эксплуатационной надежности изделий. Так, резкое изменение магнитного потока на поверхности намагниченной стальной детали свидетельствует о наличии в данном месте трещины; появление дополнительного отражения ультразвуковых колебаний при прозвучивании детали сигнализирует о нарушении однородности материала(например, расслоений, трещин и др.); по изменению электропроводности материала часто можно судить и об изменении его прочностных свойств и т. п. Не во всех случаях можно дать точную количественную оценку обнаруженного дефекта, так как связь между физическими параметрами и параметрами, подлежащими определению в процессе контроля (например, размер трещины, степень понижения прочностных свойств и др.), как правило, не бывает однозначной, а имеет статистический характер с различной степенью корреляции. Поэтому физические методы неразрушающего контроля в большинстве случаев являются скорее качественными и реже - количественными.
В АРП нашли применение следующие методы обнаружения скрытых дефектов на деталях: красок, лаков, люминесцентный, намагничивание, ультразвуковой.
Метод опрессовки применяется для обнаружения дефектов в полых деталях. Опрессовку деталей ведут водой (гидравлический метод) и сжатым воздухом (пневматический метод).
а) Метод гидравлический применяется для выявления трещин в корпусных деталях (блок и головка цилиндров). Испытания ведут на спец. cтенде, который обеспечивает полную герметизацию детали, которую заполняют горячей водой под давлением 0,3-0,4 МПа. О наличии трещин судят по подтеканию воды.
б) Пневматический метод применяют для радиаторов, баков, трубопроводов и др. деталей. Полость детали заполняют сжатым воздухом под давлением и затем погружают в воду. О месте трещин судят по выходящим пузырькам воздуха.
Метод красок основан на свойствах жидких красок к взаимной диффузии. На обезжиренную поверхность детали наносят красную краску, разведенную керосином. Затем краску смывают растворителем и наносят слой белой краски. Через несколько секунд на белом фоне появляется рисунок трещины, увеличенный по ширине в несколько раз. Можно обнаружить трещины шириной 20 мкм.
Люминесцентный метод основан на свойстве некоторых веществ светиться при облучении их ультрафиолетовыми лучами. Деталь сначала погружают в ванну с флуоресцирующей жидкостью (смесью 50% керосина 25% бензина, 25% трансформаторного масла с добавкой флуоресцирующего красителя). Затем деталь промывают водой, просушивают теплым воздухом и припудривают порошком силикагеля, который вытягивает флуоресцирующую жидкость из трещины на поверхность детали. При облучении детали ультрафиолетовыми лучами границы трещины будут обнаружены свечением. Люминесцентные дефектоскопы применяют для обнаружения трещин более 10 мкм в деталях, изготовленных из немагнитных материалов.
Метод магнитной дефектоскопии широко применяется при обнаружении скрытых дефектов в автомобильных деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов (сталь, чугун). Деталь сначала намагничивают, затем поливают суспензией, состоящей из 5% трансформаторного масла и керосина и мельчайшего порошка окиси железа. Магнитный порошок четко обрисует границы трещины, т.к. на краях трещины образуются магнитные полосы. Метод магнитной дефектоскопии обладает высокой производительностью и позволяет обнаруживать трещины шириной до 1 мкм.
Ультразвуковой метод основан на свойстве ультразвука проходить через металлические изделия и отражаться от границы двух сред, в том числе и от дефекта. Различают 2 метода ультразвуковой дефектоскопии: просвечивания и импульсионный.
Метод просвечивания основан на появлении звуковой тени за дефектом, при этом излучатель ультразвуковых колебаний располагается по одну сторону от дефекта, а приемник - по другую.
Импульсный метод основан на том, что ультразвуковые колебания отразившись от противоположной стороны детали, возвратятся обратно и на экране будет 2 всплеска. Если в детали есть дефект, то ультразвуковые колебания отразятся от него и на экране трубки проявится промежуточный всплеск.
Сварка является важнейшей и неотъемлемой частью, любого строительства. Причем работы связанные со сваркой являются наиболее ответственными, так как от них зависит крепость конструкций в целом или несущая способность отдельных узлов и деталей.
Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения деталей путем применения местного нагрева.
Виды сварки
Сварка осуществляется методом применения плавления или методом применения давления . Эти методы в свою очередь делятся на:
- кузнечную (горновую) сварку
- газопрессовую сварку
- контактную сварку
- термитную сварку
- электрическую дуговую сварку
- электрошлаковую сварку
- дуговую сварку в среде защитного газа
- атомноводородную сварку
- газовую сварку.
Однако сварка не всегда бывает выполнена качественно, что соответственно ставит под угрозу надежность конструкций и узлов, создает возможность разрушений. Таким образом, становится актуальным вопрос анализа дефектов сварных швов и методов их устранения, а также контроля сварки в процессе.
Контроль
При производстве сварочных работ осуществляются три основных вида контроля: предварительный контроль, контроль в процессе сварки, контроль готового изделия.
Предварительный контроль — включает в себя проверку марки и состава основного металла, качества присадочной проволоки, кислорода, карбида, ацетилена, флюсов, проверку качества заготовки и сборки деталей под сварку, проверку состояния и работы контрольно-измерительных приборов и инструментов (манометров, редукторов, горелок), а также квалификации сварщиков.
Контроль в процессе сварки - включает систематическую проверку режима сварки, исправности работы сварочной аппаратуры и приспособлений, проверку соблюдения сварщиком установленно-го технологического процесса сварки, осмотр и обмер шва шаблонами.
Контролем готового изделия или узла определяется качество выполненной сварки. Для этого производится наружный осмотр и обмер швов, испытание на плотность (для швов сосудов, работающих под давлением), металлографические, физические и химические исследования, механические испытания сварных образцов.
Дефекты сварных швов и методы их устранения
1. Отклонение по ширине и высоте швов, катету, перетяжки швов . Размеры швов не соответствуют требованиям ГОСТа.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр швов и проверка размеров шаблонами. Устраняется срубанием излишков металла, зачисткой швов, подваркой узких мест шва.
2. Подрезы зоны сплавления - дефекты в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр швов. Зачистка места подреза, подварка шва.
3. Пора в сварном шве
- дефект сварного шва в виде полости округлой формы, заполненной газом. Цепочка пор - группа пор в сварном шве, расположенных в линию.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома шва; рентгено - и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический метод контроля и др. Выстрогать скопление пор, зачистить, подварить. Уплотнить проковкой в процессе сварки при температуре светло-красного цвета шва.
4. Свищи - дефекты в виде воронкообразного углубления.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить рубкой или строжкой, зачистить, подварить.
5. Непровар - дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных сваликов сварного шва.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома. Внутренний контроль. Полностью удаляют (вырубают или выстрагивают, зачищают и подваривают).
6. Наплыв на сварном соединении
-
дефект в виде натекания металла шва на поверхности основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, наплыв подрубить, удалить, непровар подварить.
7. Шлаковые включения - дефекты в виде вкрапления шлака.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр излома шва. Рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком, магнитографический контроль. Удаляют, зачищают, подваривают.
8. Трещины
-
дефекты сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, осмотр излома, рентгено- и гаммаконтроль, контроль ультразвуком и магнитографический метод. Полностью удалить, зачистить, подварить.
9. Прожог - дефект в виде сквозного отверстия в сварном шве, образовавшийся в результате вытекания части металла сварочной ванны.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, удалить (вырубить или выстрогать), подварить.
10. Кратер
-
углубление, образующееся под действием давления пламени при внезапном окончании сварки.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, зачистить, подварить.
11. Брызги металла - дефекты в виде затвердевших капель на поверхности сварного соединения.
Способ выявления и устранения: Внешний осмотр. Зачистка поверхности. Применение защитного покрытия марки П1 или П2.
12. Перегрев металла - металл имеет крупнозернистую структуру, металл хрупкий, непрочный, неплотный. Исправляют термообработкой. Причина: сварка пламенем большой мощности.
Способ выявления и устранения: внешний осмотр, устранить перегрев термической обработкой.
13. Пережог металла - наличие в структуре металла окисленных зерен, обладающих малым сцеплением из-за наличия на них пленки оксидов. Возникает при избытке кислорода в пламени (если это не требуется техпроцессом, как при сварке латуни). Пережженный металл хрупок и не поддается исправлению. Определить его можно по цветам побежалости (на стали).
Способ выявления и устранения: пережженный металл необходимо полностью вырезать и заварить это место заново.
При контроле деталей очень важно проверять их на наличие скрытых дефектов (поверхностных и внутренних трещин). Этот контроль особенно необходим для деталей, от которых зависит безопасность эксплуатации.
Существует большое количество различных методов обнаружения скрытых дефектов на деталях. В ремонтном производстве нашли применение следующие методы: опрессовки, красок, люминесцентный, намагничивания, ультразвуковой.
Метод опрессовки применяют для обнаружения скрытых дефектов в полых деталях. Опрессовку деталей производят водой (гидравлический метод) и сжатым воздухом (пневматический метод).
Метод гидравлического испытания применяют для выявления трещин в корпусных деталях (блок и головка цилиндров). Испытание производится на специальных стендах, которые обеспечивают герметизацию всех отверстий в контролируемых деталях. При испытании полость детали заполняют горячей водой под давлением 0,3.. .0,4 МПа. О наличии трещин судят по подтеканию воды.
Метод пневматического испытания применяют при контроле на герметичность таких деталей, как радиаторы, баки, трубопроводы и др. Полость детали в этом случае заполняют сжатым воздухом под давлением, соответствующим техническим условиям на испытание, и затем погружают в ванну с водой. Выходящие из трещины пузырьки воздуха укажут место нахождения дефектов.
Метод красок основан на свойстве жидких красок к взаимной диффузии. При этом методе на контролируемую поверхность детали, предварительно обезжиренную в растворителе, наносят красную краску, разведенную керосином. Краска проникает в трещины. Затем красную краску смывают растворителем, и поверхность детали покрывают белой краской. Через несколько секунд на белом фоне проявляющей краски появляется рисунок трещины, увеличенной по ширине в несколько раз. Этот метод позволяет обнаруживать трещины, ширина которых не менее 20 мкм.
Люминесцентный метод основан на свойстве некоторых веществ светиться при облучении их ультрафиолетовыми лучами. При контроле деталей этим методом ее сначала погружают в ванну с флюоресцирующей жидкостью, в качестве которой применяют смесь из 50% керосина, 25% бензина и 25% трансформаторного масла с добавкой флюоресцирующего красителя (дефектоля) или эмульгатора. Затем деталь промывают водой, просушивают струёй теплого воздуха и припудривают порошком силикагеля. Силикагель вытягивает флюоресцирующую жидкость из трещины на поверхность детали. При облучении детали ультрафиолетовыми лучами порошок силикагеля, пропитанный флюоресцирующей жидкостью, будет ярко светиться, обнаруживая границы трещины. Люминесцентные дефектоскопы применяют при обнаружении трещин шириной более 10 мкм в деталях, изготовленных из немагнитных материалов.
Метод магнитной дефектоскопии нашел наиболее широкое применение при контроле скрытых дефектов в деталях, изготовленных из ферромагнитных материалов (сталь, чугун). Для обнаружения дефектов этим методом деталь сначала намагничивают. Магнитные силовые линии, проходя через деталь и встречая на своем пути дефект (например, трещину), огибают его как препятствие с малой магнитной проницаемостью. При этом над дефектом образуется поле рассеивания магнитных силовых линий, а на краях трещины - магнитные полюсы.
Для того чтобы обнаружить неоднородность магнитного поля, деталь поливают суспензией, состоящей из 50 % раствора керосина и трансформаторного масла, в котором во взвешенном состоянии находится мельчайший магнитный порошок (окись железа - магнетит). При этом магнитный порошок будет притягиваться краями трещины и четко обрисует ее границы.
После контроля на магнитных дефектоскопах детали необходимо размагнитить. Это достигается при переменном токе путем медленного вывода детали из соленоида, а при постоянном - за счет изменения полярности при постепенном уменьшении силы тока.
Метод магнитной дефектоскопии обладает высокой производительностью и позволяет обнаруживать трещины шириной до 1 мкм.
Ультразвуковой метод обнаружения скрытых дефектов основан на свойстве ультразвука проходить через металлические изделия и отражаться от границы двух сред, в том числе и от дефекта.
В зависимости от способа приема сигнала от дефекта различают два метода ультразвуковой дефектоскопии: просвечивания и импульсный.
Метод просвечивания основан на появлении звуковой тени за дефектом. В этом случае излучатель ультразвуковых колебаний находится по одну сторону от дефекта, а приемник - по другую.
При контроле детали к ее поверхности подводят излучатель ультразвуковых колебаний, который питается от генератора. Если дефекта в детали нет, то ультразвуковые колебания, отразившись от противоположной стороны детали, возвратятся обратно и возбудят электрический сигнал в приемнике. При этом на экране электронно-лучевой трубки будут видны два всплеска: слева - излучаемый импульс и справа - отраженный от противоположной стенки детали (донный).
Если в детали имеется дефект, то ультразвуковые колебания отразятся от дефекта, и на экране трубки появится промежуточный всплеск.
Путем сопоставления расстояний между импульсами на экране электронно-лучевой трубки осциллоскопа и размеров детали можно определить не только местонахождение дефекта, но и глубину его залегания.
Метод ультразвуковой дефектоскопии обладает очень высокой чувствительностью и применяется при обнаружении внутренних дефектов в деталях (трещин, раковин, шлаковых включений и т. п.).
Максимальная глубина прозвучивания для стальных деталей до 3 м, а минимальная 7 мм.
Магнитоакустический метод. Метод основан на слабом намагничивании изделия. При перемещении искателя прибора возле дефектного места детали в приемнике, выполненном виде катушки колебательного контура меняется наведенная э.д.с., которая через усилитель воспринимается в телефонных наушниках.
При перемещении искателя прибора через дефектные места детали тон звука в телефоне резко меняется.
Применяются при дефектоскопии канатов, сварочных швов, рельсов.
Сварные соединения подвергают проверке для определения возможных отклонений от технических условий, предъявляемых данному виду изделий. Изделие считается качественным, если отклонения не превышают допустимые нормы. В зависимости от вида сварных соединений и условий дальнейшей эксплуатации, изделия после сварки подвергают соответствующему контролю.
Контроль сварных соединений может быть предварительным, когда проверяют качество исходных материалов, подготовку свариваемых поверхностей, состояние оснастки и оборудования. К предварительному контролю относят также сварку опытных образцов, которые подвергают соответствующим испытаниям. При этом в зависимости от условий эксплуатации опытные образы подвергают металлографическим исследованиям и неразрушающим или разрушающим методам контроля.
Под текущим контролем понимают проверку соблюдения технологических режимов, стабильность режимов сварки. При текущем контроле проверяют качество наложения послойных швов и их зачистку. Окончательный контроль осуществляют в соответствии с техническими условиями. Дефекты, обнаруженные в результате контроля, подлежат исправлению.
Неразрушающие методы контроля сварных соединений
Существует десять неразрушающих методов контроля сварных соединений, которые применяют в соответствии с техническими условиями. Вид и количество методов зависят от технической оснащенности сварочного производства и ответственности сварного соединения.
Внешний осмотр - наиболее распространенный и доступный вид контроля, не требующий материальных затрат. Данному контролю подвергают все виды сварных соединений, несмотря на использования дальнейших методов. При внешнем осмотре выявляют практически все виды наружных дефектов. При этом виде контроля определяют непровары, наплывы, подрезы и другие дефекты, доступные обозрению. Внешний осмотр выполняют невооруженным глазом или используют лупу с 10-ти кратным увеличением. Внешний осмотр предусматривает не только визуальное наблюдение, но и обмер сварных соединений и швов, а также замер подготовленных кромок. В условиях массового производства существуют специальные шаблоны, позволяющие с достаточной степенью точности измерить параметры сварных швов.
В условиях единичного производства сварные соединения обмеряют универсальными мерительными инструментами или стандартными шаблонами, пример которых приведен на рис.1.
Набор шаблонов ШС-2 представляет собой комплект стальных пластинок одинаковой толщины, расположенных на осях между двумя щеками. На каждой из осей закреплено по 11 пластин, которые с двух сторон поджимаются плоскими пружинами. Две пластины предназначены для проверки узлов разделки кромок, остальные - для проверки ширины и высоты шва. С помощью этого универсального шаблона можно проверять углы разделки кромок, зазоры и размеры швов стыковых, тавровых и угловых соединений.
Непроницаемость емкостей и сосудов, работающих под давлением, проверяют гидравлическими и пневматическими испытаниями. Гидравлические испытания бывают с давлением, наливом или поливом водой. Для испытания наливом сварные швы сушат или протирают насухо, а емкость заполняют водой так, чтобы влага не попала на швы. После наполнения емкости водой все швы осматривают, отсутствие влажных швов будет свидетельствовать об их герметичности.
Испытаниям поливом подвергают громоздкие изделия, у которых есть доступ к швам с двух сторон. Одну сторону изделия поливают водой из шланга под давлением и проверяют герметичность швов с другой стороны.
При гидравлическом испытании с давлением сосуд наполняют водой и создают избыточное давление, превышающее в 1,2 -2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдерживают в течение 5 - 10 минут. Герметичность проверяют по наличию влаги наливах и величине снижения давления. Все виды гидравлических испытаний проводят при положительных температурах.
Пневматические испытания в случаях, когда невозможно выполнить гидравлические испытания. Пневматические испытания предусматривают заполнение сосуда сжатым воздухом под давлением, превышающим на 10-20 кПа атмосферное или 10 - 20% выше рабочего. Швы смачивают мыльным раствором или погружают изделие в воду. Отсутствие пузырей свидетельствует о герметичности. Существует вариант пневматических испытаний с гелиевым течеискателем. Для этого внутри сосуда создают вакуум, а снаружи его обдувают смесью воздуха с гелием, который обладает исключительной проницаемостью. Попавший внутрь гелий отсасывается и попадает на специальный прибор - течеискатель, фиксирующий гелий. По количеству уловленного гелия судят о герметичности сосуда. Вакуумный контроль проводят тогда, когда невозможно выполнить другие виды испытаний.
Герметичность швов можно проверить керосином . Для этого одну сторону шва при помощи пульверизатора окрашивают мелом, а другую смачивают керосином. Керосин имеет высокую проникающую способность, поэтому при неплотных швах обратная сторона окрашивается в темный тон или появляются пятна.
Химический метод испытания основан на использовании взаимодействия аммиака с контрольным веществом. Для этого в сосуд закачивают смесь аммиака (1%) с воздухом, а швы проклеивают лентой, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути или раствором фенилфталеина. При утечках цвет ленты меняется в местах проникновения аммиака.
Магнитный контроль . При этом методе контроля дефекты швов обнаруживают рассеиванием магнитного поля. Для этого к изделию подключают сердечник электромагнита или помещают его внутрь соленоида. На поверхность намагниченного соединения наносят железные опилки, окалину и т.д., реагирующие на магнитное поле. В местах дефектов на поверхности изделия образуются скопления порошка, в виде направленного магнитного спектра. Чтобы порошок легко перемещался под воздействием магнитного поля, изделие слегка постукивают, придавая мельчайшим крупинкам подвижность. Поле магнитного рассеивания можно фиксировать специальным прибором, называемым магнитографическим дефектоскопом. Качество соединения определяют методом сравнивания с эталонным образцом. Простота, надежность и дешевизна метода, а главное его высокая производительность и чувствительность позволяют использовать его в условиях строительных площадок, в частности при монтаже ответственных трубопроводов.
Позволяет обнаружить в полости шва дефекты, невидимые при наружном осмотре. Сварной шов просвечивают рентгеновским или гамма-излучением, проникающим через металл (рис.2), для этого излучатель (рентгеновскую трубку или гамма-установку) размещают напротив контролируемого шва, а с противоположной стороны - рентгеновскую пленку, установленную в светонепроницаемой кассете.
Лучи, проходя через металл, облучают пленку, оставляя в местах дефектов более темные пятна, так как дефектные места обладают меньшим поглощением. Рентгеновский метод более безопасен для работающих, однако его установка слишком громоздка, поэтому он используется только в стационарных условиях. Гамма-излучатели обладают значительной интенсивностью и позволяют контролировать металл большей толщины. Благодаря портативности аппаратуры и дешевизне метода этот тип контроля широко распространен в монтажных организациях. Но гамма-излучение представляет большую опасность при неосторожном обращении, поэтому пользоваться этим методом можно только после соответствующего обучения. К недостаткам радиографического контроля относят тот факт, что просвечивание не позволяет выявить трещины, расположенные не по направлению основного луча.
Наряду с радиационными методами контроля применяют рентгеноскопию , то есть получение сигнала о дефектах на экране прибора. Этот метод отличается большей производительностью, а его точность практически не уступает радиационным методам.
Ультразвуковой метод (рис.3) относится к акустическим методам контроля, обнаруживающим дефекты с малым раскрытием: трещины, газовые поры и шлаковые включения, в том числе и те, которые невозможно определить радиационной дефектоскопией. Принцип его действия основан на способности ультразвуковых волн отражаться от границы раздела двух сред. Наибольшее распространение получил пьезоэлектрический способ получения звуковых волн. Этот метод основан на возбуждении механических колебаний при наложениях переменного электрического поля в пьезоэлектрических материалах, в качестве которых используют кварц, сульфат лития, титанат бария и др.
Для этого с помощью пьезометрического щупа ультразвукового дефектоскопа, помещаемого на поверхность сварного соединения, в металл посылают направленные звуковые колебания. Ультразвук с частотой колебаний более 20 000 Гц вводят в изделие отдельными импульсами под углом к поверхности металла. При встрече с границей раздела двух сред ультразвуковые колебания отражаются и улавливаются другим щупом. При однощуповой системе это может быть тот же щуп, который подавал сигналы. С приемного щупа колебания подаются на усилитель, а затем усиленный сигнал отражается на экране осциллографа. Для контроля качества сварных швов в труднодоступных местах в условиях строительных площадок используют малогабаритные дефектоскопы облегченной конструкции.
К преимуществам ультразвукового контроля сварных соединений относят: большую проникающую способность, позволяющую контролировать материалы большой толщины; высокую производительность прибора него чувствительность, определяющую местонахождение дефекта площадью 1 - 2 мм2. К недостаткам системы можно отнести сложность определения вида дефекта. Поэтому ультразвуковой метод контроля иногда применяют в комплексе с радиационным.
Разрушающие методы контроля сварных соединений
К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения. Эти методы могут применяться как на контрольных образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.
Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.
К механическим испытаниям относят:
- испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение;
- статический изгиб;
- ударный изгиб (на надрезанных образцах);
- на стойкость против механического старения;
- измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.
Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие. В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения показаны на рис.4.
Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.
Ударный изгиб - испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.
Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.
Макроструктурный анализ определяет расположение видимых дефектов и их характер, а также макрошлифы и изломы металла. Его проводят невооруженным глазом или под лупой с 20-ти кратным увеличением.
Микроструктурный анализ проводится с увеличением в 50-2000 раз с помощью специальных микроскопов. При этом методе можно обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических включений, величину зерен металла и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.
Специальные испытания выполняют для ответственных конструкций. Они учитывают условия эксплуатации и проводятся по методикам, разработанным для данного вида изделий.
Устранение дефектов сварки
Выявленные в процессе контроля дефекты сварки, которые не соответствуют техническим условиям, должны быть устранены, а если это невозможно, изделие бракуют. В стальных конструкциях снятие бракованных сварных швов осуществляют плазменно-дуговой резкой или строжкой с последующей обработкой абразивными кругами.
Дефекты в швах, подлежащих термической обработке, исправляют после отпуска сварного соединения. При устранении дефектов следует соблюдать определенные правила:
- длина удаляемого участка должна быть с каждой стороны длиннее дефектного участка;
- ширина разделки выборки должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала его двойную ширину до заварки.
- профиль выборки должен обеспечивать надежность провара в любом месте шва;
- 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 зачищают до полного удаления раковин и рыхлости в кратере, выполняют плавные переходы к основному металлу. Удаление заглубленных наружных и внутренних дефектных участков в соединениях из алюминия, титана и их сплавов следует выполнять только механическим способом - шлифовкой абразивными инструментами или резанием. Допускается вырубка с последующей шлифовкой.
Подрезы устраняют наплавкой ниточного шва по всей длине дефекта.
В исключительных случаях допускается применение оплавления небольших подрезов аргонно-дуговыми горелками, что позволяет выполнить сглаживание дефекта без дополнительной наплавки.
Наплывы и другие неровности формы шва исправляют механической обработкой шва по всей длине, не допуская занижения общего сечения.
Кратеры швов заваривают.
Прожоги зачищают и заваривают.
Все исправления сварных соединений должны выполняться по той же технологии и теми же материалами, что применялись при наложении основного шва.
Исправленные швы подвергают повторному контролю, по методикам, соответствующим требованиям к данному виду сварного соединения. Число исправлений одного и того же участка сварного шва не должно превышать трех.
