книги / Сварка в машиностроении. 4

Рис. 6. Влияние относительной глубины ДЛ/Ô непровара корня шва на стати­

ность стыковых сварных соединений малоуглеродистой стали. Швы без уси­ ления:

При малопластичном материале (рис. 6, кривые 3, 5), a также при дина­ мической или вибрационной нагрузках (рис. 7 и 8) линейная пропорциональность между потерей работоспособности и величиной дефекта может нарушаться и сравнительно небольшие дефекты существенно влияют на прочность.

Обобщение исследований позволяет считать, что дефекты включения (поры, шлаки) при их относительной суммарной площади в сечении шва до 5— 10% прак­ тически мало влияют на статическую прочность соединений (рис. 9). По отдельным видам соединений безопасная величина ослабления сечения стыкового шва дефек­ тами при статической нагрузке может достигать 10, 20 и даже 30%. Особенно это относится к пластичным сталям и сравнительно малонагруженным соединениям.

Рис. 8. Влияние относи­ тельной площади дефек­ тов — пор на механиче­ ские свойства стыковых соединений легированной стали (ов = 85 кгс/мм2, после закалки и отпуска).

Швы с усилением:

ав — статическая прочность;

0В— относительное удлине­ ние на базе 50 мм; а[{ —

ударная вязкость; ср — угол загиба

Если швы имеют концентраторы в виде резкого усиления или несовпадения кромок, то включения площадью 5—10% сечения шва не оказывают влияния также и на усталостную прочность стыковых соединений. В то же время остаточ­ ные напряжения могут существенно повышать опасность дефектов-включений при усталостных нагрузках [6].

Для альтернативной оценки опасности сварочных дефектов при дефектоско­ пии соединений целесообразно разделить дефекты-несплошности на две группы:

технологическим процессам. Эти детерминированные характеристики необходимы в первую очередь для приближенной оценки опасности дефектов в эксплуата­ ционном аспекте, который иногда называют дефектологическим.

Однако, как показано подробнее в гл. 18, эксплуатационный подход нельзя считать единственным при решении вопроса о нормах дефектности. Следует учи­ тывать технологический, квалиметрический и экономический аспекты. Послед­ ние связаны с оценкой уровня засоренности продукции дефектами, т. е. со ста-

При установившемся стабильном технологическом процессе появление дефектов, как правило, можно считать случайными событиями, для которых справедливы определенные вероятностные модели-распределения: Пуассона —

число С и выборочное среднее х — свойством устойчивости не обладают. Стати­ стические показатели отражают уровень технологии и необходимы для управле­ ния качеством сварки.

МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

Разрушающие методы. По воздействию на материал или изделие методы испыта­ ний группируют по двум классам: методы разрушающего контроля (РК) и методы

иные физические свойства, лишь косвенно характеризующие качество, прочность или надежность соединения. Эти свойства связаны с наличием дефектов и их влиянием на передачу энергии или движение вещества в материале изделий.

Общая схема HP-контроля (рис. 10) включает: объект контроля 0; излу­ чающий И и приемный П преобразователи, через которые сигналы от излуча­ теля СИ и от приемника СП поступают на индикаторное устройство ИУ. С инди­ катора ИУ снимают данные для принятия решения Р о дефектности или качестве объекта.

Согласно ГОСТ 18353—73 методы HP-контроля в зависимости от характера физических полей или движущихся масс, взаимодействующих с контролируемым объектом, подразделяют на десять основных видов: акустический, капиллярный, магнитный, оптический, радиационный, радиоволновый, тепловой, теченсканием, электрический, электромагнитный (вихревыми токами). Далее все виды контроля классифицируют по следующим четырем признакам:

а — по характеру взаимодействия физических полей или веществ с кон­ тролируемым объектом, например методы прошедшего и отраженного излуче­

в — по способам индикации первичной информации, например пьезоэлек­ трический, индукционный и т. п.;

г — по способам представления окончательной информации, например визуальный, графический, звуковой, световой, метрический и др.

Из перечисленных десяти видов контроля для сварных соединений доста­ точно широко применяют только пять: радиационный, акустический (ультразву­ ковой), магнитный, капиллярный и теченсканием. Указанные методы дефектоско­ пии можно разделить на две группы по термодинамическому признаку (табл 3): 1,2, 3 — методы, связанные с использованием передачи энергии; 4 и 5 — методы, использующие движение веществ — пенетрантов («проникающих» жидкостей или газов). Тенденция развития HP-методов контроля передачей энергии такова, что на первое место взамен радиационных постепенно приходят УЗ-методы.

Отдельные группы составляют методы контроля параметров процесса сварки и методы безобразцовых испытаний механических свойств сварных соединений. При выделении этих групп имелось в виду, что контроль параметров технологи­ ческого процесса, так же как и HP-методы дефектоскопии, позволяет косвенно оценить качество сварных соединений. Безобразцовые испытания, например периодические проверки сварных стыков на действующих энергоблоках ТЭЦ и атомных станций, сопровождаются небольшими нарушениями целостности ма­ териала, но не изделия в целом [2].

Эффективность Я Р -методов контроля определяют с учетом ряда характе­ ристик, главные из которых технологические, экономические и квалиметрические.

Технологические характеристики — это техническая применимость, условия и широта использования метода, производительность, чувствительность к выяв­ лению критических и малозначительных дефектов, безопасность применения и т. п. Основные экономические характеристики — это абсолютные и относитель­ ные (по отношению к стоимости изделия) затраты на контроль, а также экономи­ ческий эффект, полученный путем уменьшения доли брака и вероятности отка­ зов (аварий), т. е. увеличения надежности изделий.

Квалиметрические характеристики контроля связаны с вероятностными показателями метода (см. гл. 18), это достоверность и воспроизводимость резуль­ татов контроля, выявляемость и распознаваемость дефектов и т. п.

Эффективность контроля

где Д и П — достоверность и производительность метода а з — затраты на контроль.

Вместо достоверности Д контроля можно использовать (если он известен) показатель Н увеличения надежности изделия в результате введения операции контроля.

При условии выполнения указанного выше минимума технологических тре­ бований основным показателем эффективности контроля должна служить его достоверность; но она пока еще не вошла в нормативные документы и ниже даны в основном качественные сведения о применимости и чувствительности НР-ме- тодов (табл. 4).

Под предельной чувствительностью метода следует понимать наименьшее зна­ чение характеристического размера эталонной модели дефекта, уверенно (с за­ данной вероятностью), обнаруживаемого при контроле. Эталонной моделью при У3-контроле служит плоскодонный отражатель, а характеристическим

толщина соответственно. Наряду с предельной чувствительностью для всех ме­ тодов контроля применимо понятие реальной и условной чувствительности.

Реальная чувствительность характеризует наименьшие размеры реального дефекта, обнаруживаемого в контролируемом сварном соединении. Определяется

на основании сравнения результатов дефектоскопии и вскрытия реальных соеди­ нений с дефектами.

Условная чувствительность характеризует наименьшие размеры уверенно обнаруживаемой условной модели дефекта, выполненной в эталонном образце. Условную чувствительность определяют только при ультразвуковом контроле, где она введена в связи с трудностью выполнения эталонных плоскодонных от­ верстий, а также в связи с тем, что часть серийно выпускаемой аппаратуры не имеет устройств (аттенюаторов) для измерения амплитуд эхо сигналов от дефектов.

В ряде случаев HP-контроля целесообразно различать три (или более) уровня чувствительности, например поисковый, контрольный и браковочный. Поисковый уровень чувствительности должен быть несколько выше контроль­ ного, а контрольный — браковочного, причем не всегда следует стремиться к вы­ сокой браковочной чувствительности контроля — это связано, как правило, с возрастанием уровня помех и перебраковкой изделий.

В то же время для обеспечения требуемой чувствительности важно, чтобы сварное соединение было спроектировано «дефектоскопияным», т. е. пригодным для контролирования. В понятие дефектоскопичности (по аналогии с технологич­ ностью) входит: доступность соединения для контроля, качество поверхности, учет влияния структуры металла, возможность выявления характерных дефек­ тов и т. п. Самые чувствительные приборы и современная техника дефектоско­ пии бесполезны, если их нельзя рационально использовать из-за специфических недостатков конструкции стыка или несовершенства сварочной технологии. Например, слишком большое усиление, бугристость или чешуйчатость шва сводят на нет или ограничивают возможности магнитографии. Брызги в зоне шва при сварке в среде углекислого газа или слишком узкая околошовная зона не дают возможности применять ультразвуковой контроль и т. п.

КОНТРОЛЬ к о н с тру к ти вн ы х

И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

Качество исходных материалов (основного металла, электродов, сварочной про­ волоки, флюсов, защитных газов и т. п.) должно удовлетворять предъявляемые к ним требования. Устанавливают соответствие сертификатных данных требуе­ мым согласно технологическому процессу сварки. Затем осматривают материалы и дополнительно проверяют их качество в соответствии с нормативной документа­ цией и ГОСТами.

Проверка исходных материалов на свариваемость должна предшествовать принятию решения об использовании тех или иных материалов в сварной кон­ струкции. В соответствии со сказанным свариваемость контролируют в двух слу­ чаях: П при выборе материалов и разработке технологии сварки, т. е. при под­ готовке производства на стадии проекта; 2) при запуске материалов в производ­ ственный цикл, т. е. при технологической подготовке производства. Вторая проверка связана с возможными отклонениями плавок основного металла, про­ волоки, а также партий электродов и флюсов от сертификатных значений. Эти отклонения могут резко ухудшить свариваемость. При обеспечении необходимых свойств и высокого качества исходных материалов решающими будут качество и надежность системы оборудование — оператор. Технический уровень и состоя­ ние оборудования следует поддерживать в заданных пределах, соблюдая график технического обслуживания и требования соответствующих инструкций.

В сварочных машинах и аппаратах проверяют исправность регулирующих механизмов, наличие приборов, качество и длину токоподводящих проводов, состояние электрических контактов и токоподводящих мундштуков. У контакт­ ных машин контролируют форму и состояние поверхности электродов. На уста­ новках для сварки в атмосфере защитных газов проверяют исправность газовых редукторов, расходомеров, шлангов, сопел на горелках и газозащитных уст­ ройств и т. п.

При высокой квалификации сварщика можно обойтись простым и поэтому достаточно высоконадежным оборудованием. Здесь важен предупредительный контроль оборудования и качества исходных материалов, но главное — это при­ емочный контроль готовых изделий, который в данном случае может быть главным образом только пассивным.

Весьма эффективно применять автоматизированные системы управления качеством в процессе сварки (АСУ). АСУ с обратной связью применяют главным образом 6 тех случаях, когда значительно возрастают скорости процессов или требования к качеству соединений резко увеличиваются. Кроме того, в ряде случаев присутствие оператора нежелательно или даже невозможно из-за особых условий производства (высокая температура, вредная среда, радиация и т. д.).

Стабилизирующие, программные и следящие системы должны обеспечить не только выполнение соединений высокого качества, но с помощью автоматизи­ рованных обратных связей гарантировать также его стабильность. При этих

Контроль технологии включает все этапы изготовления сварных изделий. Режимы сварки контролируют в первую очередь с целью соблюдения параметров процесса (тока, напряжения и скорости сварки в установленных пределах) ви­ зуальным наблюдением по приборам и по внешнему виду сварного шва. При из­ готовлении ответственных конструкций и при серийном производстве контроль ведут путем непрерывной записи параметров режима с помощью самопишущих приборов или применяя АСУ. Наблюдение за процессом сварки позволяет вовремя предотвратить появление дефектов. Визуально контролируют режим сварки, газовую защиту дуги, правильность положения валиков в многослойных швах и т. п. Часто контролер с помощью лупы может проверять первые слои шва, что позволяет предотвратить в дальнейшем появление трещин в шве и околошовной воне. Качество отдельных слоев шва проверяют также путем сравнения с эта­ лонами. В атомной технике, например, при ремонтной сварке высокоответственкых трубопроводов наблюдают за горением дуги с помощью перископов и воло­ конной оптики. Применяют телевизионные камеры и специальное оборудование для дистанционного наблюдения за дугой.

Квалификацию операторов следует проверять на всех этапах технологиче­ ского процесса (заготовки, сборки, сварки, контроля). Для этого следует вести периодическую аттестацию и паспортизацию сборщиков, сварщиков и дефектоскопистов. Порядок и сроки паспортизации указаны в соответствующих доку­ ментах. Необходимо разумное сочетание всех мер, направленных на улучшение качества продукции, а именно психологическая заинтересованность операторов в качестве их личной работы и работы коллектива; экономическая заинтересо­ ванность, основанная на четкой системе поощрений; высокая дисциплина, куль­ тура производства и т. п.

ВНЕШНИЙ ОСМОТР СОЕДИНЕНИЙ

Внешним осмотром проверяют качество: подготовки и сборки заготовок под сварку, выполнения швов в процессе сварки и готовых сварных швов. Обычно внешним осмотром контролируют все сварные изделия независимо от применения других видов контроля. Внешний осмотр во многих случаях достаточно инфор­ мативен. Это наиболее дешевый и оперативный метод контроля, который иногда недооценивают.

Осмотром невооруженным глазом или в лупу проверяют наличие трещин, подрезов, свищей, прожогов, натеков, непровароб корня и кромок. Некоторые из указанных дефектов недопустимы и подлежат вырубке и повторной заварке. Определяют дефекты формы, швов, распределение чешуек, характер распреде­ ления металла в усилении шва, величину мениска, проплава и т. п.

Внешний вид поверхности шва характерен для каждого способа сварки, для его пространственного положения, марки металла и других условий. Поэтому

Рис. 11. Шаблоны для про­ верки сборки сварных соеди­ нений:

а — стыковых; 6 •=* нахлесточ-

ных

Рис. 12. Общий вид универ­ сального шаблона (а) и схе­ мы измерения высоты угло­ вого (б и в) и стыкового швов (г) и зазора (д)

часто сварные швы принимают по внешнему виду в сравнении с эталонами. Гео­ метрические параметры разделок и швов измеряют с помощью шаблонов или измерительных инструментов (рис. И и 12). Только после внешнего осмотра изделия или соединения подвергают каким-либо физическим методам контроля для определения внутренних дефектов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Волчемко В. Н. Оценка и контроль качества сварных соединений с применением статистических методов. М., Стандарт, 1974. 160 с.

2. Гуляев В. Н. и Коржова Л. В. Контроль металла и сварных соединений обору­ дования тепловых электростанций. М., Энергия, 1970. 280 с.

3.Контроль качества сварки/Под ред. В. Н. Волченко. М.. Машиностроение, 1975. 328 с.

4.Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А. Расчет проектирования и из­ готовление сварных конструкций. М., Машиностроение, 1971. 760 с.

5.Румянцев С. В. Неразрушающне методы контроля сварных соединений. M.f Машиностроение, 1976, 336 с.

6.Труфяков В. И. Усталость сварных соединений. Киев, Наукова думка, 1973.

300 с.