5. Контроль качества сварных швов
Качество — это степень удовлетворения заказчика свойствами изделия или предоставленными ему услугами. Качество — понятие многогранное. Нельзя сказать по какому-то одному частному показателю о качестве в целом.
Качество сварки определяется уровнем дефектов при сварке, зависит от особенностей протекания технологического процесса и включает в себя ряд единичных показателей :
-структуру, твердость и другие механические показатели сварного шва;
-наличие в сварном шве внутренних дефектов (поры, трещины, шлаковые включения и т.д.);
-геометрические размеры шва;
-эстетические показатели;
-коробления и структурных изменений в свариваемых деталях;
-свойств переходной зоны (наличие трещин, крупнозернистости, закалочных явлений,…);
-усталостную прочность и долговечность;
-коррозийную стойкость сварного шва;
Показатели качества сварки
-экономические показатели.
Качество сварки зависит от многих технологических факторов: сварочные материалы (электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы), режимы сварки (сила тока, напряжение), материалы свариваемых деталей и качество их подготовки перед сваркой, профессионально-личностный уровень сварщика (квалификация, отношение к работе, дисциплина труда), условия труда, охрана труда и т.д.
Контроль может и должен быть предварительным (контроль электродов, флюсов, оборудования, режимов работы и т.д.) и окончательным ( оценка качества сварного шва). Первый вид контроля является основой для высокого качества сварки, т.к. создает предпосылки для качественного выполнения работ, а второй - фиксирует достигнутые результаты технологического процесса.
Контролерами являются все участники технологического процесса :
• Инженеры-механики ОГМ — контролирует состояние оборудования;
• Инженеры-технологи ОГТ — контролирует выполнение технологического процесса;
• Работники ОТК — контролирует все стадии технологического процесса и выполняют заключительный контроль;
Сварщик - обеспечивает и непрерывно контролирует качество сварки.
Дефекты приводят к уменьшению прочности сварного шва, к нарушению герметичности соединения и к снижению эксплуатационной надежности конструкции.
Основные дефекты сварки, их причины и способы определения.
№ |
Наименование дефектов |
Причины появления |
Методы определения |
1
2
3
4 5
6
7 |
Не выдержана форма шва, не заварены кратеры Непровары
Пережоги (окисление металла)
Прожоги Поры (свищи, газовые пузыри)
Шлаковые включения
Трещины шва |
Квалификация сварщика (КС), режимы наплавки (РН) КС, РН
Длинная дуга, сильная окислительная струя, КС КС, РН Вода в обмазке или флюсе, ржавчина Тугоплавкие или повышенной вязкости шлаки, неравномерное плавление Повышенное содержание S,P и C в металле, излишне жесткое закрепление детали |
Визуально (В), шаблоны, измерительный инструмент В, рентгеновское (РИ),ультразвуковое (УИ) и гаммоизлучение (ГИ), магнитография (МГ),
В В
В, РИ, ГИ, УИ, МГ
В, РИ, ГИ, УИ, МГ
В, РИ, ГИ, УИ, МГ |
Дефекты могут быть:
-явными (непровары, пережоги,…) и скрытыми ( внутренние трещины и поры, структурные изменения ,…);
-исправимыми и неисправимыми.
Простейшие испытания сварных швов на герметичность проводятся гидравлическими и пневматическими методами, а так же с помощью керосиновой пробы.
При гидравлических испытаниях систем отопления, водопровода создается давление в 1,5 раза превышающее рабочее давление и проводится выдержка в течение 5 минут. При наличии утечек воды или отпотевании отдельных участков производится устранение дефекта (вырубка и проварка ).
При пневматических испытаниях сосуд опускают в воду или смачивают швы мыльной пеной и создают в нем избыточное давление, а по наличию газовых пузырьков в воде (пене) судят о наличии дефектов. Эффективна проверка керосином сосудов, работающие при низких давлениях. Одну сторону шва закрашивают мелом, а вторую смачивают керосином. Появление темных керосиновых пятен на меловом покрытии говорит о наличии трещин.
Степень информативности для определения различных внутренних дефектов различными методами показана в таблице.
Метод контроля |
Поверхностные трещины |
Шлаковые включения |
Раковины |
Непровары |
Рентгеновский Гаммо-лучами Ультразвуковой Магнитный Цветная дефектоскопия |
2 0 10
98 100 |
100 85 45
0 0 |
100 90 85
0 0 |
65 30 45…95
0 0 |
С помощью рентгеновского просвечивания выявляют трещины, поры, непровары в стальных деталях с глубиной залегания до 100 мм, а в алюминиевых деталях-до 300 мм и в медных- до 25 мм. Рентгеновские лучи, излучаемые рентгеновской трубкой, более интенсивно проникают через дефектные места (поры, шлаковые включения, непровары), чем через сплошной металл и сильнее засвечивают рентгеновскую пленку ( на негативе будут светлые пятна) или наблюдаются визуально на экране. Достоинства этого метода : высокая чувствительность, определение характера дефектов , их размеров и места расположения. Недостатками его являются: вредность для организма человека, сложность и громоздкость аппаратуры (имеются и портативные импульсные рентгеновские аппараты), трудоемкость и сложность работ. Из всех указанных в таблице методов рентгеновская дефектоскопия чаще других в практике строительства трубопроводов и изготовления технологического оборудования.
Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых колебаний распространятся в металле и отражаться от границ раздела сред. Используется два метода : теневой и отражения . В основном используется второй метод, с помощью которого можно выявить дефекты с глубиной залегания до 2600 мм.
Ультразвуковой сигнал, выработанный генератором. поступает пьезоизлучатель , проходит через металл, отражается от нижней части детали и от дефекта. Усилитель сигналов получает первичный сигнал от генератора и сигналы, отраженные от дефекта и низа детали.
В итоге сигнал делится на три сигнала, которые представлены на экране осциллографа следующим образом:
-первичный сигнал генератора, на экране осциллографа это будет самый левый импульс;
-сигнал от дефекта, который проходит расстояние : излучатель - дефект-приемник , на что затрачивается время, этот сигнал будет на экране осциллографа сдвинут правее первичного сигнала на расстояние l1, а его форма и размеры отражают соответствующие характеристики дефекта;
- сигнал от нижней части детали, путь его прохождения максимален, поэтому он будет сдвинут еще на большее расстояние l2 , т. е . еще правее сигнала дефекта .
На экране осциллографа мы видим:
- отсутствие или наличие дефектов;
-характеристику дефектов :форму, размеры, вид (поры, трещины, шлаковые включения);
- глубину залегания дефектов, определяемую из пропорции:
Магнитные методы контроля основаны на принципе искажения магнитного поля в местах дефектов, расположенных на поверхности детали. Магнитный порошок (измельченная железная окалина, продукты шлифования металла) в сухом виде, а чаще всего в виде масляной эмульсии, наносится на проверяемую поверхность, деталь намагничивается. На месте дефекта визуально будут видны скопления магнитного порошка.
Магнитно-графический метод контроля заключается в фиксации на магнитной ленте полей рассеивания, возникающих на дефектных участках шва при его намагничивании с последующим воспроизведением этих полей с помощью магнитно-графической аппаратуры. Можно намагничивать с помощью импульсного магнитного устройства протяженный участок шва (600…700 мм) или весь периметр сварного шва трубы.
При
люминесцентной дефектоскопии готовится
смесь (керосин, бензин, смазочное масло
и порошок дефектоля), наносится смесь
на поверхность детали, смесь проникает
в трещины и остается там, с поверхности
детали смесь удаляется, деталь облучается
ультрафиолетовыми лучами, дефект
высвечивается зелено-золотистым цветом,
т. к. в трещинах остается дефектоль.
При цветной дефектоскопии деталь аналогично обрабатывается специальным составом краски, далее наносится на проверяемую поверхность аэрозоль белой нитроэмали, при сушке которой адсорбируется краска из трещины, над дефектом появляются соответствующие разводы яркой краски.
Для контроля сварки трубопроводов имеются передвижные лаборатории рентгеновского, гамма - и магнитно-графического контроля , со сменной производительностью контроля стыков труб :
-рентгеновским методом — до 12;
-гамма – лучевым контролем — до 6;
-магнитно-графическим методом — до 15…20.
Методы контроля с разрушением сварного соединения.
Образцы металла вырезают из проверяемой конструкции или из контрольных сварочных соединений ,специально изготовленных в тех же условиях ,как и основное изделие. На образцах определяют твердость, предел текучести, временное сопротивление на разрыв, относительное удлинение и другие показатели. При макроанализе определяют границы зон сварного соединения, ширину зоны термического влияния, наличие внутренних дефектов, серы и фосфора. При микроанализе изучают микроструктуру сварного шва, выявляют микропоры и микротрещины, нитридные и водородные включения.