Методы контроля скрытых дефектов. Методы контроля дефектов в отливках Методы контроля применяемые при дефектации деталей

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.

Внешний осмотр сварного соединения . Внешним осмотром можно выявить наружные дефекты соединения: подрезы, незаверенные кратеры, наплывы, поверхностные поры, непровары, трещины, прожоги, наличие смещения сваренных деталей.

Перед осмотром сварной шов и прилегающие поверхности зачищают от окалины, шлака, брызг металла. Для осмотра можно применить лупу с 5-10-кратным увеличением.

Проверка сварных швов на непроницаемость . Проверка на непроницаемость проводится для емкостей, работающих под давлением жидкостей или газов, после проверки наружным осмотром и устранения дефектов.

Испытание гидростатическим давлением производится одним из двух способов.

Первый способ заключается в полном или частичном заполнении водой для открытых емкостей с временем выдержки 2...24 ч. Емкость считается выдержавшей испытание, если в течение установленного времени не будет пропусков воды и не снизится ее уровень.

Второй способ заключается в том, что закрытые сосуды (котлы, трубопроводы) заполняются водой с созданием избыточного контрольного (в 1,5...2 раза выше рабочего) давления. Изделие выдерживается под избыточным давлением 5 мин, потом давление снижают до рабочего, околошовную зону (на 15...20 мм от шва) обстукивают молотком с круглым бойком. Участки шва с течью в виде капель и запотевания отмечаются мелом. Вода сливается, а отмеченные участки шва вырубаются и завариваются, после этого изделие подвергается повторному испытанию.

Испытание давлением газа применяется для определения непроницаемости емкостей или трубопроводов, работающих под давлением.

При проверке испытуемая емкость герметизируется и в нее подают газ (воздух, азот, инертные газы) до получения в ней давления, заданного техническими условиями. Затем все сварные швы промазываются мыльным раствором (100 г мыла на 1 л воды). Признаком брака служит появление мыльных пузырей на промазанной поверхности.

Малогабаритные емкости при возможности герметизируют заглушками, погружают в ванну с водой и подают газ под давлением на 10...20% выше рабочего. Дефекты в швах определяют по появлению пузырьков газа в воде у швов.

Испытание аммиаком основано на свойстве некоторых индикаторов (водный раствор азотнокислой ртути или спирто-водный раствор фенолфталеина) изменять окраску под действием сжиженного аммиака. При этом способе контроля сварных швов тщательно очищается поверхность сварного соединения от шлака, ржавчины и масла. После этого на одну сторону шва укладывается бумажная лента или ткань, пропитанная индикатором, а с другой стороны нагнетают воздух с примесью 1% аммиака. Давление воздуха не должно превышать расчетного для испытуемой конструкции.

При наличии дефектов в шве аммиак окрашивает бумагу или ткань с индикатором в серебристо-черный цвет через 1...5 мин.

Изготовление и монтаж сварных конструкций производится в соответствии со Строительными нормами, правилами и техническими условиями. Существующие способы контроля сварных швов и изделий позволяют выявлять практически все дефекты их, встречающиеся в практике сварки. В зависимости от ответственности сварных конструкций применяют соответствующие способы контроля. Наиболее целесообразны комплексные испытания, включающие ряд параллельно используемых методов контроля. В табл.48 приведен Перечень методов контроля, обычно используемых для проверки качества различных сварных конструкций.

Наружный осмотр и проверка размеров шва. Пользуясь лупой с 10-20-кратным увеличением, можно заметить мелкие волосяные трещины и поры. Если предполагают наличие трещины, то исследуемый участок металла зачищают личным напильником, наждачной бумагой, промывают спиртом и травят 10%-ным раствором азотной кислоты до появления матовой поверхности. После осмотра металл зачищают наждачной бумагой и протирают денатурированным спиртом для удаления кислоты.

Подготовку кромок швов проверяют шаблонами или универсальными измерителями (см. гл. VIII). В необходимых случаях методы контроля указываются в технических условиях на изготовление сварных конструкций.

Испытание механических свойств наплавленного металла и сварного соединения. Для этих испытаний (ГОСТ 6996-66) одновременно со швом сваривают пробные пластины из того же металла и на тех же режимах. Из пластин изготовляют образцы установленной ГОСТ 6996-66 формы и размеров. Образцы подвергают испытаниям в лаборатории для определения механических свойств наплавленного металла или сварного соединения: временного сопротивления при разрыве, относительного удлинения, ударной вязкости, твердости.

Исследование макро- и микроструктуры. Макроструктуру металла, видимую невооруженным глазом, получают на отшлифованной поверхности образца, протравленной 10%-ным водным раствором азотной кислоты. Шлиф делают на образцах, вырезанных из шва или пробных пластин. Макроструктура выявляет непровары, шлаковые включения, раковины, поры, трещины, несплавление и пр.

Микроструктуру исследуют при увеличении в 100-1000 раз под микроскопом. Поверхность шлифа должна быть тщательно отполирована и протравлена 2-4%-ным спиртовым раствором азотной кислоты или другими специальными реактивами. Микроструктура позволяет обнаружить в шве перегрев и пережог металла, наличие окислов по границам зерен, изменение структуры и состава металла при сварке, микроскопические трещины и пр.

Исследование макро- и микроструктуры проводят в лаборатории и по их результатам судят о правильности режима сварки. Эти испытания позволяют также установить причины дефектов в шве и предупредить их появление в процессе сварки.

Гидравлические и пневматические испытания сосудов. Цель пневматических испытаний - проверка плотности шва. Гидравлические испытания, помимо проверки плотности швов, дают возможность определить прочность сосуда при наибольших нагрузках.

При гидравлическом испытании сосуд наполняют водой и с помощью насоса в нем создают давление, превышающее максимальное рабочее давление для данного изделия. Для сосудов, у которых рабочее давление менее 5 кгс/см 2 , величина пробного гидравлического давления берется на 50% больше величины рабочего давления, но не ниже 2 кгс/см 2 . При рабочем давлении свыше 5 кгс/см 2 пробное гидравлическое давление должно на 25% (но не менее чем на 3 кгс/см 2) превышать рабочее давление.

Под пробным давлением сосуд выдерживают 5 мин. Затем давление снижают до рабочего и швы обстукивают на расстоянии 15-20 мм от кромок закругленным молотком весом 1 кГ, после чего швы тщательно осматривают. Места, в которых обнаружены течь или потение, отмечают мелом и после снятия давления вырубают или удаляют поверхностной резкой и вновь заваривают.

Пневматическое испытание выполняется сжатым воздухом только при рабочем давлении сосуда. Плотность швов проверяют, обмазывая их мыльным раствором или погружая в воду, если это позволяют габариты сосуда. В местах пропуска воздуха появляются пузыри. В целях безопасности пневматическое испытание производят только после предварительного гидравлического испытания сосуда.

Проверка плотности шва. Плотность шва проверяют керосином. Шов с одной стороны обмазывают мелом, разведенным на воде. После высыхания мела шов с обратной стороны смачивают керосином. При наличии неплотностей, пор и трещин керосин просачивается через них и на меловой окраске появляются желтые пятна. Этим способом проверяют швы резервуаров, не работающие под давлением.

Плотность швов проверяют и химическим методом (по способу С. Т. Назарова). Для этого швы снаружи оклеивают полосками бумаги или прокладывают по ним марлевые бинты; бумага и бинты пропитываются предварительно 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути или фенолфталеина. В испытуемый сосуд под рабочим давлением накачивают воздух, содержащий примесь 1% аммиака. Проникая через неплотности и поры шва, аммиак вызывает потемнение полосок бумаги или бинтов в месте расположения дефекта.

Для испытания плотности швов днищ резервуаров применяют следующий способ. Пространство под днищем герметизируют плотным водонепроницаемым грунтом и под днище впускают аммиак из баллонов в смеси с воздухом, создавая под днищем давление 0,8-1,0 кгс/см 2 . Швы с другой стороны днища тщательно зачищают и поливают 10%-ным спиртоводным раствором фенолфталеина, имеющим вид молока. В местах неплотностей аммиак проникает через шов и окрашивает раствор в красный цвет. Следует иметь ввиду, что остатки шлака на шве, обладая свойствами щелочи, также могут вызвать покраснение раствора, что не является признаком неплотности шва. Данный способ не позволяет также выявить мелкие загрязненные дефекты шва.

Применяют также вакуумный способ проверки плотности швов, например, днищ резервуаров. Шов смачивают мыльным раствором и на проверяемый участок устанавливают вакуумную камеру с крышкой из прозрачного плексигласа. Камера не имеет дна и уплотняется на поверхности листа резиновой прокладкой. При откачке вакуум-насосом воздуха из камеры в ней появляются пузыри в местах расположения дефектов шва (трещин, пор и др.).

Плотность сварных и паяных швов проверяют также с помощью гелиевых и галоидных течеискателей. При проверке гелиевыми течеискателями в контролируемом сосуде создают вакуум, а швы снаружи обдувают смесью гелия с воздухом. При неплотности в шве гелий проникает в сосуд, а затем поступает в течеискатель, который обнаруживает присутствие гелия в сосуде. Другой способ состоит в том, что в контролируемый сосуд подают под давлением гелий, а специальным щупом, соединенным с вакуум-насосом и камерой течеискателя проводят по швам и улавливают протекание гелия из сосуда. Применяют гелиевые течеискатели ПТИ-4А и ПТИ-6. Течеискатель ПТИ-6 имеет высокую чувствительность, равную 10 -7 см 3 мм рт. ст./сек.

При использовании галоидных течеискателей внутри контролируемого сосуда создают избыточное давление и вводят галоидный газ (фреон-12), который проникает через неплотности шва и улавливается вакуумным щупом течеискателя.

Галоидный течеискатель ВАГТИ-4 имеет чувствительность меньшую, чем гелиевый, равную 10 -4 -10 -5 см 3 мм рт. ст./сек. Галоидные течеискатели нельзя применять в цехах, где производят сварку и пайку с флюсами, содержащими фтор и хлор, так как присутствие этих газов в воздухе цеха вызывает ложные сигналы в течеискателе.

С помощью течеискателей можно обнаруживать микроскопические течи, которые не могут быть выявлены другими методами. Этот способ применяется при проверке плотности швов ответственных изделий (например, сосудов и трубопроводов с вакуумной теплоизоляцией для хранения и транспортирования сжиженных газов - кислорода, азота, водорода).

Просвечивание швов. Просвечиванием обнаруживают внутренние дефекты - трещины, непровары, поры, шлаковые включения. Этим способом проверяют швы ответственных изделий, например сосудов, работающих под давлением. Для просвечивания применяют рентгеновские лучи или излучение радиоактивных элементов (гамма-лучи). Эти лучи, не видимые человеческим глазом, способны проникать через толщу металла, действуя на светочувствительную фотопленку, приложенную к шву с обратной стороны.

В тех местах шва, где имеется дефект, поглощение лучей металлом будет меньше, и они окажут более сильное воздействие на чувствительную к лучам эмульсию пленки. Поэтому в данном месте на пленке после проявления будет темное пятно, по размерам и форме соответствующее имеющемуся дефекту. Снимок шва на пленке называется рентгенограммой (или гаммограммой) шва. Обычно просвечивают 10-25% общей длины швов. В особо ответственных конструкциях просвечивают все швы.

Для просвечивания применяют рентгеновские аппараты, состоящие из специального трансформатора с выпрямителем и особой лампы - рентгеновской трубки.

В качестве источников гамма-лучей используют следующие радиоактивные вещества:

Кобальт-60 обладает наиболее жесткими, сильно проникающими лучами, поэтому применяется для просвечивания тяжелых металлов большой толщины. Остальные изотопы имеют значительно более мягкое излучение и используются для меньших толщин. Наиболее мягкое (приближающееся к рентгеновскому) излучение дает тулий-170, используемый для просвечивания малых толщин и легких сплавов.

Определение дефектов при просвечивании гамма-лучами металла толщиной хуже, чем при просвечивании рентгеновскими лучами. Поэтому гамма-лучи используют только в тех случаях, когда рентгеновские лучи применить нельзя из-за формы изделий, малой доступности шва или слишком большой толщины металла.

Однако просвечивание гамма-лучами имеет и ряд преимуществ перед рентгеновским, а именно: обеспечивается возможность просвечивания труднодоступных мест на изделии; возможность просвечивания швов одновременно в нескольких точках; возможность контроля кольцевых швов из одной точки; безотказность и длительность (несколько лет) работы радиоактивных препаратов; простота, невысокая стоимость и легкость транспортировки просвечивающей установки. Просвечивание рентгеновскими и гамма-лучами выполняет только специально обученный персонал. Радиоактивное и гамма-излучение опасно для человеческого организма при длительном воздействии на него. Поэтому при просвечивании применяются специальные меры защиты обслуживающего персонала и окружающих лиц от действия этих лучей (свинцовые контейнеры, экраны и пр.).

Схемы способов просвечивания сварных швов показаны на рис. 197. На рис. 198, а показан переносный защитный контейнер, а на рис. 198, б - ампула для радиоактивного вещества.

Для рентгеновского просвечивания применяют промышленные установки РУП-120-5 и РУП-200-5. Для просвечивания гамма-лучами - установки (дефектоскопы) ГУП-Со-0,5-1; ГУП-Со-5-1 и ГУП-Со-50. Используются также дефектоскопы РИД-21-Г (рис. 199) конструкции Института радиационной техники, имеющие облегченные контейнеры не из свинца, а из вольфрамового сплава.

ГОСТ 7512-55 установлены условные обозначения дефектов швов, обнаруживаемых при расшифровке рентгено-и гаммограмм: П - газовые включения (поры); Ш - шлаковые включения; Н - непровары; НС - непровар сплошной; Тп - трещины поперечные; Тпр - трещины продольные; Тр - трещины радиальные.

По характеру распределения дефекты делятся на следующие группы: А - отдельные дефекты; Б - цепочка дефектов; В - скопление дефектов. Например, запись на рентгенограмме длиной 100 мм- ПБ-1-15, Тп-4-1, Ш-0, Н-0 означает, что на участке шва 100 мм выявлены: цепочка пор размером 1 мм на протяжении 15 мм; одна поперечная трещина длиной 4 мм; шлаковых включений и непроваров не обнаружено.

Ультразвуковой метод контроля швов. Ультразвуковой метод контроля основан на способности высокочастотных (свыше 20 000 гц) колебаний, не воспринимаемых человеческим ухом, проникать в металл шва и отражаться от поверхности пор, трещин и других дефектов. Ультразвуковые колебания получают при помощи пластинки из кварца или титаната бария (пьезодатчика). Когда к такой пластинке подводят переменный ток высокой частоты (0,8-2,5 Мгц), то она начинает излучать пучки ультразвуковых колебаний, направленных под прямым углом к ее большим граням. Эта же пластинка при попадании на нее таких колебаний извне преобразует их в переменный электрический ток. При ультразвуковом контроле пьезодатчик посылает короткие импульсы упругих колебаний (длительностью 0,5-1 мксек), разделенные более продолжительными паузами (1-5 мксек).

Эти колебания проникают в металл и, если встречают на своем пути дефект, то отражаются от него и воспринимаются вновь той же (или второй) пластинкой пьезодатчика, вызывая отклонение луча на экране осциллографа. По времени от посылки до приема сигнала можно определять не только наличие, но и глубину залегания дефекта. Пьезодатчик помещен в призматическую искательную головку, называемую щупом. В процессе контроля щуп (или два щупа - посылающий и принимающий сигналы) перемещают вдоль шва, сообщая возвратно-поступательные движения.

Так отыскивают дефекты, расположенные в различных зонах шва. Схема ультразвукового дефектоскопа дана на рис. 200. На экране осциллографа 4 первоначальный сигнал дает пик а; обратный сигнал, отраженный от противоположной стороны листа, дает пик е. Если в шве имеется дефект, то часть пучка колебаний отражается от этого дефекта и дает на экране промежуточный пик б. Расстояние между пиками а и б позволяет определить глубину залегания дефекта.

На рис. 201 показаны внешний вид дефектоскопа и посылаемые им сигналы.

Промышленностью выпускаются ультразвуковые дефектоскопы УЗД-7, УЗД-НИИМ-5, ДУК-11ИМ и ДУК-13ИМ для выявления внутренних дефектов (трещин, пор, расслоений, непроваров и т. п.) площадью 2 мм 2 и более. При наличии такого дефекта загорается лампочка, появляется звук в наушниках телефона и возникает импульс на экране электроннолучевой трубки. Прибор имеет 14 искательных головок. Контролируемая толщина металла от 8 до 750 мм, частота 2,5 Мгц. Приборы ДУК-13ИМ на полупроводниках выпускаются в портативном исполнении.

Ультразвуковой метод может применяться при толщине металла свыше 3-4 мм. При толщине швов менее 8-10 мм выявление дефектов этим методом требует высокой квалификации контролера. Поэтому ультразвуковой контроль обычно используют для металла толщиной 12-15 мм и более; он особенно эффективен при толщине металла 30-50 мм и выше. Для лучшего прохождения колебаний через поверхность металла, прилегающую к шву, на нее наносят тонкий слой трансформаторного, турбинного или машинного масла или глицерина. В настоящее время ультразвуковой метод контроля является наиболее распространенным. С его помощью обычно выявляют местонахождение скрытого дефекта, а затем шов в данном месте просвечивают рентгеновскими или гамма-лучами для определения характера и размеров дефекта.

Магнитный метод. Этот способ контроля основан на изменении направления линий магнитного потока около места расположения дефекта, который они огибают вследствие меньшей магнитной проницаемости дефекта по сравнению с целым металлом (рис. 202). По способу определения места залегания дефекта существуют два способа контроля: порошковый (сухой или эмульсионный) и индукционный. При сухом способе порошок закиси-окиси железа (окалины) с частицами размером 5-10 мк наносят на поверхность шва с помощью сита или распылителя. При эмульсионном способе шов покрывают жидкой смесью (эмульсией) из указанного порошка, разведенного в керосине или трансформаторном масле. Затем изделие намагничивают с помощью постоянного или переменного сварочного тока до 200 а от преобразователя или трансформатора. Ток пропускают по обмотке, имеющей несколько витков, окружающих изделие. Под действием возникающего в изделии магнитного поля частицы железного порошка располагаются гуще около места с дефектом: непроваром, трещинами. Поскольку этим способом выявляются только дефекты, расположенные перпендикулярно направлению магнитных линий, то каждый участок нужно проверять дважды: один раз намагничивая его поперек, а второй - вдоль шва.

При индукционном способе применяют дефектоскоп системы К. К. Хренова и С. Т. Назарова (рис. 203). В тот момент, когда искателем 1 проводят над местом расположения дефекта, в нем индуктируется ток, который затем проходит в усилитель 2 и дает звуковой сигнал в телефоне 3; при этом одновременно загорается сигнальная лампа.

Магнитным методом можно выявить в сварных швах изделий из стали и чугуна с толщиной стенки от 6 до 25 мм мелкие внутренние трещины и непровары на глубине до 5-6 мм. Дефекты на большей глубине, а также поры и шлаковыключения этим методом не определяются. Магнитный метод (так же, как ультразвуковой) служит для предварительного определения наличия дефектов и места их залегания в сварных швах, затем эти участки просвечивают для установления размеров дефекта.

Магнитографический метод. Этот метод разработан и внедрен институтом ВНИИСТ для контроля сварных швов стальных трубопроводов. Он является усовершенствованной разновидностью магнитного метода.

Обнаруженные дефекты отмечаются на ферромагнитной ленте, подобной применяемой для звукозаписывающих установок. Вследствие неоднородности металла шва в месте расположения дефекта изменяется его магнитная проницаемость, поэтому меняется степень намагничивания ленты на этом участке.

Наличие дефекта, например трещины, увеличивает остаточную намагниченность ленты. Если затем ленту пропустить через аппарат для воспроизведения магнитной записи, а получаемые импульсы передавать на осциллограф, то по величине и форме отклонения луча на экране осциллографа можно судить о величине и характере дефекта шва. Магнитографический метод контроля достаточно прост и точен, им можно проверять швы, находящиеся в различных пространственных положениях, он безвреден для обслуживающего персонала. Этот метод может применяться для проверки стали толщиной не более 12 мм. На рис. 204 схематически показан этот способ контроля.

Для контроля сварных соединений трубопроводов и резервуаров применяются магнитографические дефектоскопы (например, типа МД-11). На экране дефектоскопа появляется изображение участков шва с дефектами. Прибор выявляет: макротрещины вдоль оси шва и под некоторым углом к ней в различных участках по сечению шва; непровары глубиной 4-5% от толщины металла; цепочки шлаковых включений и пор, а также отдельные шлаковые включения и газовые поры размером 4-5% от толщины металла.

Контроль с помощью электронно-оптического преобразователя. Схема устройства электронно-оптического преобразователя показана на рис. 205. Шов 1 просвечивается рентгеновскими лучами, которые, пройдя стеклянную стенку вакуумной трубки, вызывают свечение слоя 3 флуоресцирующего вещества, нанесенного на алюминиевый экран 2. На экране возникает изображение шва. Непосредственно на слой 3 флуоресцирующего вещества нанесен фотокатод 4. Свечение экрана выбивает электроны фотокатода, число которых в каждой его точке пропорционально яркости свечения экрана и интенсивности лучей, прошедших через шов. Выбрасываемые катодом электроны ускоряются высоким напряжением от внешнего источника питания и попадают на анод - флуоресцентный экран 5, вызывая его свечение яркостью в 1000 раз большей, чем у экрана 2.

На экране 5 возникает уменьшенное изображение шва, которое наблюдатель 7 рассматривает через оптическую увеличительную линзу 6. Этим методом можно просматривать все сварные швы, выявляя скрытые в них дефекты.

Контроль сварных швов просвечиванием рентгеновскими лучами с применением электронно-оптических преобразователей позволяет в несколько раз увеличить производительность этой операции и автоматизировать ее. На рис. 206 показана схема автоматизированного способа такого контроля с применением телевизионных экранов для наблюдения дефектов сварки. Максимальная чувствительность метода контроля при помощи электронно-оптических преобразователей достигается при определении дефектов в легких сплавах.

Испытание швов на межкристаллитную коррозию. На межкристаллитную коррозию испытывают только изделия, сварные соединения которых подвергаются действию агрессивных сред. Методы и порядок контроля регламентируются ГОСТ 6032-58.

Цветная дефектоскопия. Этот метод применяется для выявления поверхностных дефектов швов и околошовной зоны: трещин, пор, шлаковых включений, непроваров, выходящих на поверхность шва. При помощи цветной дефектоскопии можно обнаружить трещины глубиной свыше 0,1 мм и шириной до 0,001 мм на любых металлах, а также выявить участки, пораженные межкристаллитной и ножевой коррозией. Сварное соединение тщательно очищают и обезжиривают бензином Б-70 или ацетоном. После просушки наносят в два слоя краску, состава: керосин Т-1 или Т-2-500 см 3 , скипидар - 500 см 3 и анилиновый краситель «Судан-4» темно-красного цвета- 10 г. После высыхания краски контролируемый участок покрывают белой краской состава: каолина - 500 см 3 , воды - 1000 см 3 . Проникшая в дефекты красная краска адсорбируется слоем белого покрытия и дает на нем изображение дефекта, если после высыхания покрытия протереть шов ветошью,

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.

Общие сведения и организация контроля

По ГОСТ 15467-79 качество продукции есть совокупность свойств продукции, обусловливающих ее пригодность удовлетво­рять определенные потребности в соответствии с ее назначением. Качество сварных изделий зависит от соответствия материала тех­ническим условиям, состояния оборудования и оснастки, правиль­ности и уровня отработки технологической документации, соблюдения технологической дисциплины, а также квалификации работающих. Обеспечить высокие технические и эксплуатацион­ные свойства изделий можно только при условии точного выпол­нения технологических процессов и их стабильности. Особую роль здесь играют различные способы объективного контроля как про­изводственных процессов, так и готовых изделий. При правильной организации технологического процесса контроль должен быть его неотъемлемой частью. Обнаружение дефектов служит сигналом не только к отбраковке продукции, но и оперативной корректировке технологии.

Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготов­ления. Кроме того, систематически проверяют приспособления и оборудование. При предварительном контроле подвергаются про­верке основные и вспомогательные материалы, устанавливается их соответствие чертежу и техническим условиям.

После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т.е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т.п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаб­лонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тща­тельно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку плавлением, проверяют спе­циальными шаблонами, а качество подготовки поверхности - с помощью оптических приборов или специальными микрометрами.

Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т.д. Качество сборки и прихватки определяют главным образом наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные изделия.

Контроль процессов позволяет предотвратить появление систе­матических дефектов и особенно эффективен при автоматизиро­ванной сварке (автоматическая и механизированная дуговая, электрошлаковая и др.). Существуют следующие способы контроля сварочных процессов.

Контроль по образцам технологических проб. В этом случае периодически изготовляют образцы соединений из материала той же марки и толщины, что и свариваемое изделие, и подвергают их всесторонней проверке: внешнему осмотру, испытаниям на проч­ность соединений, просвечиванию рентгеновскими лучами, метал­лографическому исследованию и т.д. К недостаткам такого способа контроля следует отнести некоторое различие между образцом и изделием, а также возможность изменения сварочных условий с момента изготовления одного образца до момента изготовления следующего.

Контроль с использованием обобщающих параметров, имеющих прямую связь с качеством сварки, например использование дила­тометрического эффекта в условиях точечной контактной сварки. Однако в большинстве случаев сварки плавлением трудно или не всегда удается выявить наличие обобщающего параметра, позволя­ющего достаточно надежно контролировать качество соединений.

Контроль параметров режима сварки. Так как в большинстве случаев определенных обобщающих параметров для процессов сварки плавлением нет, то на практике контролируют параметры, непосредственно определяющие режим сварки. При дуговой сварке такими параметрами в первую очередь являются сила тока, дуговое напряжение, скорость сварки, скорость подачи проволоки и др. Недостаток такого подхода заключается в необходимости контро­лирования многих параметров, каждый из которых в отдельности не может характеризовать непосредственно уровень качества полу­чаемых соединений.

Контроль изделий производят пооперационно или после окон­чания изготовления. Последним способом обычно контролируют несложные изделия. Качество выполнения сварки на изделии оце­нивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Развитие физики открыло большие возможности для создания высокоэффек­тивных методов дефектоскопии с высокой разрешающей способ­ностью, позволяющих проверять без разрушения качество сварных соединений в ответственных конструкциях.

В зависимости от того, нарушается или не нарушается це­лостность сварного соединения при контроле, различают неразрушающие и разрушающие методы контроля.

Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

В процессе образования сварных соединений в металле шва и зоне термического влияния могут возникать различные отклонения от установленных норм и технических требований, приводящие к ухудшению работоспособности сварных конструкций, снижению их эксплуатационной надежности, ухудшению внешнего вида из­делия. Такие отклонения называют дефектами. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения (наружные и внутренние). В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения (горячие и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния).

Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами фор­мирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготов­кой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, недостаточной квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствия швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренные кратеры и др. Виды дефектов приведены на рис. 1. Дефектами формы и размеров сварных швов являются их неполномерность, неравномерные ши­рина и высота, бугристость, седловины, перетяжки и т.п.

Рисунок 1 - Виды дефектов сварных швов:

а - ослабление шва. б - неравномерность ширины, в - наплыв, г - подрез, с - непровар, с - трещины и поры, ж - внутренние трещины и поры, з - внутренний непровар, и - шлаковые включения

Эти дефекты снижают прочность и ухудшают внешний вид шва. При­чины их возникновения при механизированных способах сварки - колебания напряжения в сети, проскальзывание проволоки в пода­ющих роликах, неравномерная скорость сварки из-за люфтов в механизме перемещения сварочного автомата, неправильный угол наклона электрода, протекание жидкого металла в зазоры, их неравномерность по длине стыка и т.п. Дефекты формы и размеров швов косвенно указывают на возможность образования внутренних дефектов в шве.

Наплывы образуются в результате натекания жидкого металла на поверхность холодного основного металла без сплавления с ним. Они могут быть местными - в виде отдельных застывших капель, а также иметь значительную протяженность вдоль шва. Чаще всего наплывы образуются при выполнении горизонтальных сварных швов на вертикальной плоскости. Причины образования наплы­вов - большой сварочный ток, слишком длинная дуга, неправиль­ный наклон электрода, большой угол наклона изделия при сварке на спуск. При выполнении кольцевых швов наплывы образуют­ся при недостаточном или излишнем смещении электрода с зенита. В местах наплывов часто могут выявляться непровары, трещины и др.

Подрезы представляют собой продолговатые углубления (канав­ки), образовавшиеся в основном металле вдоль края шва. Они возникают в результате большого сварочного тока и длинной дуги. Основной причиной подрезов при выполнении угловых швов яв­ляется смещение электрода в сторону вертикальной стенки. Это вызывает значительный разогрев металла вертикальной стенки и его стекание при оплавлении на горизонтальную стенку. Подрезы приводят к ослаблению сечения сварного соединения и концент­рации в нем напряжений, что может явиться причиной разрушения.

Прожоги - это сквозные отверстия в шве, образованные в результате вытекания части металла ванны. Причинами их образо­вания могут быть большой зазор между свариваемыми кромками, недостаточное притупление кромок, чрезмерный сварочный ток, недостаточная скорость сварки. Наиболее часто прожоги образуют­ся при сварке тонкого металла и выполнении первого прохода многослойного шва. Прожоги могут также образовываться в резуль­тате недостаточно плотного поджатая сварочной подкладки или флюсовой подушки.

Непроваром называют местное несплавление кромок основного металла или несплавление между собой отдельных валиков при многослойной сварке. Непровары уменьшают сечение шва и вызы­вают концентрацию напряжений в соединении, что может резко снизить прочность конструкции. Причины образования непроваров - плохая зачистка металла от окалины, ржавчины и загрязне­ний, малый зазор при сборке, большое притупление, малый угол скоса кромок, недостаточный сварочный ток, большая скорость сварки, смещение электрода от центра стыка. Непровары выше допустимой величины подлежат удалению и последующей заварке.

Трещины , также как и непровары, являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Они могут возникать как в самом шве, так и в околошовной зоне и располагаться вдоль или поперек шва. По своим размерам трещины могут быть макро- и микроскопиче­скими. На образование трещин влияет повышенное содержание углерода, а также примеси серы и фосфора.

Шлаковые включения , представляющие собой вкрапления шла­ка в шве, образуются в результате плохой зачистки кромок деталей и поверхности сварочной проволоки от оксидов и загрязнений. Они возникают при сварке длинной дугой, недостаточном сварочном токе и чрезмерно большой скорости сварки, а при многослойной сварке - недостаточной зачистке шлаков с предыдущих слоев. Шлаковые включения ослабляют сечение шва и его прочность.

Газовые поры появляются в сварных швах при недостаточной полноте удаления газов при кристаллизации металла шва. Причины пор - повышенное содержание углерода при сварке сталей, загряз­нения на кромках, использование влажных флюсов, защитных газов, высокая скорость сварки, неправильный выбор присадочной проволоки. Поры могут располагаться в шве отдельными группами, в виде цепочек или единичных пустот. Иногда они выходят на поверхность шва в виде воронкообразных углублений, образуя так называемые свищи. Поры также ослабляют сечение шва и его прочность, сквозные поры приводят к нарушению герметичности соединений.

Микроструктура шва и зоны термического влияния в значитель­ной степени определяет свойства сварных соединений и характе­ризует их качество.

К дефектам микроструктуры относят следующие: повышенное содержание оксидов и различных неметаллических включений, микропоры и микротрещины, крупнозернистость, перегрев, пе­режог металла и др. Перегрев характеризуется чрезмерным укрупнением зерна и огрублением структуры металла. Более опасен пережог - наличие в структуре металла зерен с окисленными границами. Такой металл имеет повышенную хрупкость и не поддаетсяисправлению. Причиной пережога является плохая защита сварочной ванны при сварке, а также сварка на чрезмерно большой силе тока.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К неразрушающим методам контроля качества сварных сое­динений относят внешний осмотр, контроль на непроницаемость (или герметичность) конструкций, контроль для обнаружения де­фектов, выходящих на поверхность, контроль скрытых и внутренних дефектов.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов - наиболее простые и широко распространенные способы контроля их качества. Они являются первыми контрольными операциями по приемке готового сварного узла или изделия. Этим видам контроля подвергают все сварные швы независимо от того, как они будут испытаны в дальнейшем.

Внешним осмотром сварных швов выявляют наружные дефек­ты: непровары, наплывы, подрезы, наружные трещины и поры, смещение свариваемых кромок деталей и т.п. Визуальный осмотр производят как невооруженным глазом, так и с применением лупы с увеличением до 10 раз.

Обмеры сварных швов позволяют судить о качестве сварного соединения: недостаточное сечение шва уменьшает его прочность, слишком большое - увеличивает внутренние напряжения и дефор­мации. Размеры сечения готового шва проверяют по его параметрам в зависимости от типа соединения. У стыкового шва проверяют его ширину, высоту, размер выпуклости со стороны корня шва, в угловом - измеряют катет. Замеренные параметры должны соот­ветствовать ТУ или ГОСТам. Размеры сварных швов контролируют обычно измерительными инструментами или специальными шаб­лонами.

Внешний осмотр и обмеры сварных швов не дают возможности окончательно судить о качестве сварки. Они устанавливают только внешние дефекты шва и позволяют определить их сомнительные участки, которые могут быть проверены более точными способами.

Контроль непроницаемости сварных швов и соединений. Сварные швы и соединения ряда изделий и сооружений должны отвечать требованиям непроницаемости (герметичности) для различных жидкостей и газов. Учитывая это, во многих сварных конструкциях (емкости, трубопроводы, химическая аппаратура и" т.д.) сварные швы подвергают контролю на непроницаемость. Этот вид контроля производится после окончания монтажа или изготовления конст­рукции. Дефекты, выявленные внешним осмотром, устраняются до начала испытаний. Непроницаемость сварных швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давле­нием), вакуумированием или газоэлектрическими течеискателями.

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раство­ром мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплот­ности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнару­живаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Контроль аммиаком основан на изменении окраски некоторых индикаторов (раствор фенолфталеина, азотнокислой ртути) под воздействием щелочей. В качестве контролирующего реагента применяется газ аммиак. При испытании на одну сторону шва укладывают бумажную ленту, смоченную 5%-ным раствором индикатора, а с другой стороны шов обрабатывают смесью аммиака с воздухом. Аммиак, проникая через неплотности сварного шва, окрашивает индикатор в местах залегания дефектов.

Контроль гидравлическим давлением при­меняют при проверке прочности и плотности различных сосудов, котлов, паро-, водо- и газопроводов и других сварных конструкций, работающих под избыточным давлением. Перед испытанием свар­ное изделие полностью герметизируют водонепроницаемыми за­глушками. Сварные швы с наружной поверхности тщательно просушивают обдувом воздухом. Затем изделие заполняют водой под избыточным давлением, в 1,5 - 2 раза превышающим рабочее, и выдерживают в течение заданного времени. Дефектные места определяют по проявлению течи, капель или увлажнению поверх­ности швов.

Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны. Его широко применяют при проверке сварных швов днищ резерву­аров, газгольдеров и других листовых конструкций. Сущ­ность метода заключается в создании вакуума на одной стороне контролируемого участка сварного шва и реги­страции на этой же стороне шва проникновения воздуха через имеющиеся неплотно­сти. Контроль ведется с по­мощью переносной вакуум-камеры, которую устанавли­вают на наиболее доступную сторону сварного соедине­ния, предварительно смо­ченную мыльным раствором (рис. 2).

Рисунок 2 - Вакуумный контроль шва: 1 – вакуумметр, 2 - резиновое уплотнение, 3 - мыльный раствор, 4 - камера.

В зависимости от формы контролируемого изделия и типа соединения могут приме­няться плоские, угловые и сферические вакуум-камеры. Для созда­ния вакуума в них применяют специальные вакуум-насосы.

Люминесцентный контроль и контроль методом красок , называемый также капиллярной дефек­тоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты - трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жид­кости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением - в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачи­вающая жидкость, которая под действием капиллярных сил прони­кает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

Контроль газоэлектрическими течеискателям и применяют для испытания ответственных сварных конструкций, так как такие течеискатели достаточно сложны и дорогостоящи. В качестве газа-индикатора в них используется гелий. Обладая высокой проникающей способностью, он способен про­ходить через мельчайшие несплошности в металле и регистрируется течеискателем. В процессе контроля сварной шов обдувают или внутренний объем изделия заполняют смесью газа-индикатора с воздухом. Проникающий через неплотности газ улавливается щу­пом и анализируется в течеискателе.

Для обнаружения скрытых внутренних дефектов применяют следующие методы контроля.

Магнитные методы контроля основаны на об­наружении полей магнитного рассеяния, образующихся в местах дефектов при намагничивании контролируемых изделий. Изделие намагничивают, замыкая им сердечник электромагнита или поме­щая внутрь соленоида. Требуемый магнитный поток можно создать и пропусканием тока по виткам (3 - 6 витков) сварочного провода, наматываемого на контролируемую деталь. В зависимости от спо­соба обнаружения потоков рассеяния различают следующие методы магнитного контроля: метод магнитного порошка, индукционный и магнитографический. При методе магнитного порошка на повер­хность намагниченного соединения наносят магнитный порошок (окалина, железные опилки) в сухом виде (сухой способ) или суспензию магнитного порошка в жидкости (керосин, мыльный раствор, вода - мокрый способ). Над местом расположения дефек­та создадутся скопления порошка в виде правильно ориентирован­ного магнитного спектра. 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.

Рисунок 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.).

Рисунок 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).

Рисунок 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 мм 2 ; 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.

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.

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.