Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

      Для облегчения подвижности порошка  изделие слегка обстукивают. С  помощью магнитного порошка выявляют трещины, невидимые 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 ЭДС, вызывающая оптический или звуковой сигнал на индикаторе. При магнитографическом методе (рис. 3) 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.

    Рис. 3. Магнитная запись дефектов на ленту: 1 - подвижный электромагнит, 2 - дефект шва, 3 - магнитная лента.

    Радиационные  методы контроля являются надежным 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. 4). 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.).

    Рис. 4. Схема радиационного просвечивания швов: а - рентгеновское, б - гамма-излучением: 1 - источник излучения, 2 - изделие, 3 - чувствительная пленка

    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 флуоресцирующим 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 гамма-излучением 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.

    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. 5).

    Рис. 5. 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.

    К неразрушающим методам близки так  называемые безобразцовые испытания, сопровождающиеся небольшими нарушениями  целостности материала, но не изделия в целом (например, измерение твердости), внешний осмотр, а также контроль параметров процесса сварки.

    Метод Виккерса- используется для испытания твердости деталей малой толщины или тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость вычисляется как отношение нагрузки, приложенной к пирамидке, к площади отпечатка (причём площадь отпечатка берётся как площадь части поверхности пирамиды, а не как площадь ромба); размерность единиц твёрдости по Виккерсу кг-с/мм?. Твёрдость, определённая по этому методу, обозначается HV;

    При измерении твердости по методу Виккерса в качестве индентора применяется  алмазный наконечник в форме правильной четырехугольной призмы.

    При измерении твердости по ГОСТ 2999-75* к алмазной пирамиде прикладывают нагрузки, регламентируемые п. 3, 5 указанного стандарта.

    Для определения твердости по методу Виккерса берут среднее арифметическое значение длин двух диагоналей. Разность длин диагоналей одного отпечатка не должна превышать 2 %. Число твердости определяется по табл. 1-5 прил. 1 ГОСТ 2999-75 или по формуле

    метод контроля сварное соединение твердость

    НV = 2Р sin(a/2)/d2 = 1,854 Р/d2

    где P - нагрузка, H (кгс); a - угол между противоположными гранями пирамиды при вершине, равной 136°; d - среднее арифметическое значение длин обеих диагоналей, мм.

    Согласно  ГОСТ 6996-66*, измерение твердости проводят не менее чем в пяти точках для  каждого участка сварного соединения. По требованию технической и проектной документации допускается другое количество точек измерения твердости для каждого участка сварного соединения.

    Среднюю твердость металла каждого участка  сварного соединения, в соответствии с ГОСТ 6996-66* определяют как среднее арифметическое результатов отдельных измерений, полученных при испытании твердости данного участка.

    Отклонение  результатов измерения твердости  от нормируемого допускается только в, случае специального указания нормативной  технической и проектной документации. При неудовлетворительных результатах, согласно ГОСТ 6996-66*, испытания повторяют на удвоенном количестве образцов.

    Метод Роквелла - твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Испытание шариком применяют при определении твердости мягких материалов, а алмазным конусом - при испытании твердых материалов. Твёрдость по Роквеллу - число отвлеченное и обозначается в зависимости от условий испытания HR, HRB, HRC и HRA; Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, т. к. дает возможность испытывать твердые и мягкие материалы; при этом отпечатки от конуса или шарика настолько малы, что это позволяет испытывать готовые детали без их порчи; испытание не требует никаких измерений - число твердости читается прямо на шкале.

    Определение твердости. Твердость чаще всего  измеряют методами Роквелла и Бринелля, при которых мерой твердости  служит глубина вдавливания "индентора" (наконечника) определенной формы под  действием известной нагрузки. На склероскопе Шора твердость определяется по отскоку бойка с алмазным наконечником, падающего с определенной высоты на поверхность образца. Твердость - очень хороший показатель физического состояния металла. По твердости данного металла зачастую можно с уверенностью судить о его внутренней структуре. Испытания на твердость часто берут на вооружение отделы технического контроля на производствах. 

    2.2. Методы контроля с разрушением сварных соединений

    К этим методам контроля качества сварных  соединений относятся механические испытания, металлографические исследования, специальные испытания с целью получения характеристик сварных соединений. Эти испытания проводят на сварных образцах, вырезаемых из изделия или из специально сваренных контрольных соединений - технологических проб, выполненных в соответствии с требованиями и технологией на сварку изделия в условиях, соответствующих сварке изделия.

    Целью испытаний является: оценка прочности  и надежности сварных соединений и конструкций; оценка качества основного  и присадочного металла; оценка правильности выбранной технологии; оценка квалификации сварщиков.

    Свойства  сварного соединения сопоставляют со свойствами основного металла. Результаты считаются неудовлетворительными, если они не соответствуют заданному  уровню.

    Механические  испытания проводятся по ГОСТ 6996-66, предусматривающему следующие виды испытаний сварных соединений и металла шва: испытание сварного соединения в целом и металла разных его участков (наплавленного металла, зоны термического влияния, основного металла) на статическое растяжение, статистический изгиб, ударный изгиб, стойкость против старения, измерение твердости.

    Контрольные образцы для механических испытаний  выполняют определенных размеров и  формы.

    Испытаниями на статическое растяжение определяют прочность сварных соединений. Испытаниями на статический изгиб определяют пластичность 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. Испытаниями на ударный изгиб, а также разрыв определяют ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости судят о структурных изменениях и степени подкалки металла при охлаждении после сварки.

    Основной  задачей металлографических исследований являются установление структуры металла и качества сварного соединения, выявление наличия и характера дефектов. Металлографические исследования включают в себя макро- и микроструктурный методы анализа металлов.

    При макроструктурном методе изучают макрошлифы и изломы металла невооруженным глазом или с помощью лупы. Макроисследование позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.

    При микроструктурном анализе исследуется  структура металла при увеличении в 50 - 2000 раз с помощью оптических микроскопов. Микроисследование позволяет установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие оксидов, засоренность металла шва неметаллическими включениями, величину зерен металла, изменение состава его, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры. Методика изготовления шлифов для металлографических исследований заключается в вырезке образцов из сварных соединений, шлифовке, полировке и травлении поверхности металла специальными травителями. Металлографические исследования дополняются измерением твердости и при необходимости химическим анализом металла сварных соединений. Специальные испытания проводят с целью получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации сварных конструкций: определение коррозионной стойкости для конструкций, работающих в различных агрессивных средах; усталостной прочности при циклических нагружениях; ползучести при эксплуатации в условиях повышенных температур и др.

    Применяют также и методы контроля с разрушением  изделия. В ходе таких испытаний  устанавливают способность конструкций  выдерживать заданные расчетные  нагрузки и определяют разрушающие  нагружения, т.е. фактический запас  прочности. При испытаниях изделий с разрушением схема нагружения их должна соответствовать условиям работы изделия при эксплуатации. Число изделий, подвергающихся испытаниям с разрушением, устанавливается техническими условиями и зависит от степени их ответственности, системы организации производства и технологической отработанности конструкции.