Размещено на http://www.allbest.ru/

После сварки сварные соединения, как правило, контролируют визуальным способом. Осмотру подвергают сварной шов и околошовную зону. Обычно контроль проводят невооружённым глазом. При выявлении поверхностных дефектов размером меньше 0,1 мм используют оптические устройства, например, лупу 4-7 кратного увеличения. Необходимость применения для визуального осмотра оптических приборов с указанием кратности их увеличения должна быть оговорена в технической документации на контроль.

При контроле недоступных для внешнего осмотра сварных соединений используют оптические приборы, например, эндоскоп на основе гибких светопроводящих трубок.

Если технологический процесс предусматривает механическую обработку сварных швов, то контроль выполняют и после её проведения.

Сварные изделия, подвергаемые термообработке, также контролируются после её проведения. Внешний осмотр, как правило, совмещают с измерением конструктивных элементов сварных швов или точек с целью выявления отклонения по размерам и форме швов и точек от требований стандартов, чертежей, технических условий и инструкций по сварке изделий.

Основными конструктивными элементами сварных швов являются:

ширина шва;

высота усиления и проплава;

плавность перехода от усиления к основному металлу и др.

В сварных точках контролируют:

её форму и диаметр;

глубину отпечатка;

расстояние между точками и др.

При осмотре выявляют, как правило, поверхностные поры, трещины всех видов и направлений, наплывы, прожоги, свищи, подрезы, незаваренные кратеры, непровары и другие дефекты-несплошности. Качество считается неудовлетворительным, если будут выявленны недопустимые дефекты.

Нормы допустимых дефектов указываются в НТД и приводятся на чертежах изделий. При отсутствии количественных показателей дефектов, контроль производят по эталонам или контрольным образцам. Такое сравнение целесообразно при анализе неравномерности и величины чешуек, зоны цветов побежалости, формы катета угловых швов и т.д.

При выявлении и исправлении недопустимых дефектов сварные соединения повторно подвергают контролю.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Ультразвуковая диагностика, узк качества сварных соединений

Ультразвуковой контроль сварных соединений (УЗК) это неразрушающий контроль качества сварных соединений, проводимый в рамках строительной экспертизы металлоконструкций зданий и сооружений. Ультразвуковой контроль сварных соединений является эффективным способом выявления дефектов сварных швов и металлических изделий, залегающих на глубинах от 1-2 миллиметров до 6-10 метров. В сочетании с вихретоковым контролем качества сварных соединений данный метод позволяет выполнять весь комплекс работ по ультразвуковой диагностике сварных соединений и сокращает затраты на проведение строительной экспертизы металлоконструкций. Вихретоковый контроль сварных соединений позволяет обнаруживать микротрещины на поверхности металлоконструкций и сварных соединений, выявлять степень износа и усталости металла в местах изгибов. Вихретоковый контроль сварных соединений дает более точные результаты по сравнению с капиллярным контролем сварных швов. Ультразвуковой контроль сварных соединений проводится по ГОСТ 14782-86 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые» и позволяет осуществлять ультразвуковую диагностику качества сварных соединений, выявлять и документировать участки повышенного содержания дефектов, классифицируя их по типам и размерам. Для разных типов сварных соединений применяются соответствующие методики ультразвукового контроля. Проведение УЗК необходимо для прохождения экспертизы проектов перепланировки и надстройки этажей зданий, оценки несущей способности металлоконструкций и их износа. При ультразвуковом контроле сварных соединений применяются эхо-импульсный, теневой или эхо-теневой методы УЗК. Ниже приведены схемы ультразвукового контроля качества стыковых, тавровых и нахлесточных сварных соединений. При ультразвуковом контроле сварного соединения сканирование выполняют продольным и поперечным перемещением излучателя при постоянном или изменяющемся угле ввода луча. Способ ультразвукового контроля сварного соединения устанавливается в технической документации.

ПРИЁМОЧНЫЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Приемочный контроль включает проверку внешнего вида изделия и определение его размеров (визуальный контроль). Для ответственных сварных изделий проводят испытания. Испытания подразделяют на разрушающие и неразрушающие.

Неразрушающие испытания, часто называют физическими методами контроля. К ним относят:

рентгенографический;

ультразвуковой;

контроль герметичности и др.

Неразрушающие испытания позволяют определить в сварных швах внутренние или сквозные дефекты, недоступные внешнему осмотру. Эти испытания косвенным образом характеризуют показатели работоспособности сварных изделий.

Разрушающие испытания позволяют оценить прямым путём показатели качества сварных изделий.

К разрушающим испытаниям относят:

механические испытания;

металлографический анализ и др.

Эти испытания, как правило, проводятся на выборочных натурных образцах или на специальных изделиях подготовленных для испытаний и изготовленных по стандартной технологии. По результатам испытаний оформляется протокол, где указываются их результаты.

При положительных результатах испытаний сварные изделия маркируют, консервируют в упаковку или тару и проверяют наличие и комплектность сопроводительной документации. К такой документации относят паспорт, в котором даётся заключение о пригодности изделия к эксплуатации.

При отрицательных результатах составляется ведомость замечаний, в соответствии с которой производится доработка (ремонт) изделия и затем повторные испытания.

РЕМОНТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И КОНТРОЛЬ ПОДВАРОК

При обнаружении недопустимых дефектов производят ремонт сварных соединений. Ремонт дефектных участков включает следующие операции:

оформление записи в технологическом паспорте на изделие в графе «ведомость замечаний» о необходимости доработки сварных соединений;

разметка дефектного участка на изделии. При разметке необходимо соблюдать определённые условия. Так длина удаляемого участка должна быть на 10-15 мм больше длины обнаруженного дефекта, а ширина удаляемого участка должна быть такой, чтобы ширина шва после заварки не превышала двойной ширины шва до заварки.

Разметку выполняет слесарь, аттестованный на эту работу. Контроль правильности разметки дефектного участка осуществляет контролер БТК (бюро технического контроля).

разделка (выборка) дефектного участка.

Основными способами разделки являются:

а.) механические (вырубание пневмозубилом, высверливание, вышлифовка, выфрезеровка);

б.) термические (воздушно-дуговая, плазменно-дуговая строжка); Под строжкой понимают поверхностное снятие металла.

Обработка поверхности разделки шабером или шарошкой. Шарошка - набор шлифовальных дисков или фрез разного диаметра, насаженных на один вал, а шабер - инструмент в виде заостренного с одной стороны трехгранного напильника.

Обработка поверхности разделки производится с целью устранения острых выступов и углов и обеспечения плавных очертаний разделки, а также удаления науглероженного слоя при термической разделке сталей. Формы продольной и поперечной разделки для сварных соединений алюминиевых конструкций имеют следующий вид:

1-длина выборки не менее 30мм.

Продольная разделка.



Поперечная разделка

Выборка на всю толщину сварного шва не выполняется. Толщина остающегося металла должна быть не менее 1мм. После выполнения разделки производится контроль, включая рентгенографический.

заварка дефектного участка.

После заварки зачищаются неровности поверхности с сохранением усиления шва.

повторный контроль сварного соединения неразрушающими методами.

В зависимости от степени ответственности сварных соединений допускается 2-х или 3-х кратная подварка дефектного участка. При этом контролируется длина подварки и суммарная длина всех подварок на ремонтируемом изделии. Суммарная длина участков сварных швов с любыми дефекта, подлежащих доработке посредством подварки, не должна превышать 30% при длине шва 500мм и 20% при длине шва более 500мм.

Дефектные участки со сквозными трещинами не выбирают, а засверливают по концам, отступая от края трещины на 10-15 мм. Диаметр сверла - 4 - 5мм. Дефектный участок затем проваривают на всю толщину. При толщине металла до 2,5мм используется сверло диаметром 1,5-2,5мм.

Непровары в корне шва выбирают, выполняя разделку следующей формы с обратной стороны:



Заварку дефектных участков, как правило, осуществляют в основном ручной сваркой. В некоторых случаях, если это допускается, заварку производят на автоматах. В качестве присадочного материала при подварке применяют проволоку той же марки, что и при сварке основного металла. Для алюминиевых сплавов перед подваркой проволоку протравливают и шабрят до металлического блеска. Возбуждение дуги при подварке производят на технологической пластине, а вывод ее после окончания подварки выполняют на сварной шов. Вывод дуги на основной металл запрещается. Перед подваркой подбирают режим подварки на технологических образцах, толщина которых равна толщине подвариваемого участка в зоне участка.

При контактной сварке дефектные точки засверливают с установкой на их место заклёпок или заваркой отверстия ручной дуговой сваркой. Если допускается, то ставят повторную точку рядом с первой.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРОЧНЫХ ДЕФЕКТАХ

Под дефектом понимают каждое отдельное несоответствие продукции установленным требованиям.

Дефекты в сварных соединениях по происхождению можно разделить на:

металлургические;

технологические.

Металлургические дефекты возникают при изготовлении отливок и дальнейшей их прокатке или прессовании.

К технологическим дефектам относят дефекты, полученные при механической и термической обработке материалов, а также формообразовании свариваемых элементов методами гибки, штамповки и т.д.

К технологическим дефектам относятся также и сварочные дефекты, которые классифицируют на дефекты подготовки, сборки и самого процесса сварки.

Дефекты в сварных соединениях можно разделить на три группы:

дефекты - несплошности сварного шва или сварных точек (на их долю приходится примерно 50% всех дефектов);

дефекты - искажения формы и отклонения геометрических размеров сварного шва или сварных точек (примерно 25% всех дефектов);

дефекты - несоответствия химического состава и структуры металла сварного шва или зоны термического влияния.

Дефекты - несплошности сварки плавлением классифицируются по следующим признакам:

по возможности выявления :

явные;

скрытые.

Явные дефекты выявляют внешним осмотром, а скрытые - методами неразрушающего контроля.

по возможности устранения:

исправимые;

неисправимые.

Дефекты типа сквозных трещин и прожогов являются, как правило, неисправимыми и изделия с такими дефектами подлежат бракованию, т.е. доработка их не допускается.

по протяжённости

одиночные (отдельные);

непротяжённые (расположены компактно);

протяжённые (вытянутые в линию).

Примером одиночных дефектов является отдельная пора или включение. К компактно расположенным дефектам относят группу из нескольких пор, расстояние между которыми не более 2-3 их диаметров. Примером протяженных дефектов является цепочка пор образующаяся например, при дуговой сварке алюминиевых сплавов и распологающаяся вдоль линии сплавления.

по форме

плоскостные (трещины, непровары);

объёмные (поры, включения).

Плоскостные дефекты являются самыми опасными дефектами в связи с концентрацией напряжения в их зоне.

по месту расположения

наружные (поверхностные);

внутренние (подповерхностные и глубинные);

сквозные.

Дефекты могут располагаться и в различных зонах сварного соединения, т.е. в шве по границе сплавления или в околошовной зоне.

Приведенная классификация дефектов позволяет оптимизировать выбор методов неразрушающего контроля.

При оценке качества продукции по её дефектности необходимо нормировать характеристики допустимых дефектов. Эти характеристики классифицируют на:

?абсолютные;

?относительные;

?статистические.

К абсолютным характеристикам относят линейные размеры дефектов (длина, высота, глубина), их количество в сварном шве и расстояние между ними (для единичных дефектов). Для компактно расположенных дефектов определяют площадь дефектного участка, а для протяжённых дефектов определяют их суммарную длину.

Относительные характеристики дефектности используют для сравнительной оценки различных технологических решений, например, при выборе метода и режимов обработки.

К относительным характеристикам относят такие величины, как отношение линейных размеров дефектов, или суммарную их длину, или число дефектов, к единичной длине или толщине сварного шва.

Под единичной длиной сварного шва понимают или один погонный его метр, или - 100 мм (для коротких швов).

Относительной характеристикой является также площадь дефектного участка, отнесённая к площади поперечного сечения шва для компактно расположенных дефектов.

К статистическим показателям дефектности относят, например, суммарную длину дефектов по длине шва, отнесённую к общему числу дефектов. Статистические показатели используют при анализе большого числа сварных соединений (100 - 1000) в крупносерийном и массовом производстве.

Нормы допустимых дефектов устанавливают в нормативно-технической документации.

ДЕФЕКТЫ СВАРКИ ПЛАВЛЕНИЕМ

Дефекты сварки плавлением классифицируют по месту расположения на поверхностные, внутренние и сквозные.

К поверхностным дефектам относят:

а) непровары в корне шва;

б) подрезы;

в) наплывы;

г) кратеры;

д) занижение (ослабление) лицевой поверхности шва;

е) вогнутость корня шва;

ж) смещение сваренных кромок;

з) резкий переход от шва к основному металлу (неправильное сопряжение сварного шва);

и) брызги металла;

к) поверхностное окисление;

л) поверхностные трещины.

К внутренним дефектам относят:

а) поры;

б) включения;

в) оксидные плёнки;

г) внутренние трещины;

д) непровары по кромке с основным металлом и между отдельными слоями;

е) свищи.

К сквозным дефектам относят трещины и прожоги.

Помимо дефектов - несплошностей к дефектам сварки плавлением относят: искажение формы соединения, связанное с деформацией, и несоответствие геометрических размеров сварного шва или точек, регламентированным значениям, установленным НТД (нормативно-технической документацией).

Общие сведения о дефектах сварки плавлением приведены в таблице.

Дефекты	Определение дефекта (ГОСТ 2601-84)	Причины образования дефектов	Особенности дефекта и способы исправления и исключения его образования
Непровары -в корне шва; -между отдельными слоями; -по кромне с основным металлом;	Дефект в виде местного несплавления вследствие неполного расплавления свариваемых кромок или поверхностей ранее выполненных валиков	малая погонная энергия; неудовлетворительная подготовка поверхностей; неправильная форма разделки; большая величина притупления; малые зазоры; смещение электрода; некачественная зачистка шва после выполнения прохода	Наиболее характерно при алюминиевых сплавах и под флюсом; Является концентратором напряжения. Трудно выявляются в кольцевых швах. Исправление--подварка с удалением корневой части.
Прожоги одиночные; протяженные; дискретные	Дефект в виде сквозного отверстия, образовавшийся в результате вытекания сварочной ванны	большая погонная энергия; увеличенный зазор; малая величина притупления; большое смещение кромок; коробление кромок и отставание их от подкладки при сварке	Характерны при сварке тонкостенных элементов, а так же первого (корневого) шва при многослойной сварке. Как правило, брак, если возможно выполняют подварку.
Кратеры	Дефекты в виде воронкообразного углубления, образовавшегося в результате внезапного прекращения сварки или быстрого отключения сварочного тока	- нарушение техники сварки	Ослабление сечения. Сопровождается усадкой и трещинами усадочного происхождения. Концентратор напряжения. Исправление - удаление дефектного участка и заварка. При автоматической сварке используют технологические планки для вывода кратера или плавное отключение тока
Наплывы на сварном соединении	Дефект в виде натекания жидкого металла на поверхность основного или ранее выполненного валика и несплавление с ним	большой ток; большая скорость сварки; длинная дуга (повышенное напряжение); смещение электрода; большая скорость подачи присадочной проволоки; наклон электрода (неправильное ведение)	Возникает с лицевой стороны соединения или обратной стороны из-за некачественного поджатия к подкладке и , как правило, при сварке в горизонтальном и вертикальном положении, а также на спуск и на подъем. Концентратор напряжения. Исправление - зашлифовка..
Подрезы зоны сплавления. -односторонний; -двухсторонний	Дефекты в виде протяженного углубления вдоль линии сплавления основного металла и шва	большой ток; большая скорость; длинная дуга; наклон электрода (неправильное ведение)	Как правило, возникает при сварке концентрированными источниками в режиме глубокого проплавления, а также при сварке угловых швов. Концентратор напряжения. Ослабление сечения. Исправление - заглаживание дугой при неглубоких подрезах и подварка при глубоких
Неплавное сопряжение сварного шва	Дефект в виде резкого перехода поверхности сварного шва к основному металлу	несоблюдение техники сварки; большая скорость подачи присадочной проволоки.	Концентратор напряжения. Возникает в угловых швах. Исправление - зашлифовка или прокатка роликами.
Брызги металла.	Дефект в виде затвердевших капель жидкости металла на поверхности сварного соединения.	несоблюдение техники сварки; длинная дега.	Возникает при сварке толстопокрытыми электродами, в СО2 или электролучевой сварке с глубоким проплавлением. Исправление - вырубка
Вогнутость корня шва	Дефект в виде углубления на обратной поверхности сварного одностороннего шва.	- большие зазоры; -малое притупление.	Возникают в стыковых и угловых швах. Ослабление сечения шва. Исправление - подварка.
Занижение шва	Дефект в виде провисания сварного шва.	большой зазор; большой угол разделки кромок; несоблюдение техники сварки.	Возникает при сварке алюминивых сплавов. Исправление - подварка с использованием присадочной проволоки.
Смещение сваренных кромок.	Дефект в виде несовпадения сваренных кромок по высоте из-за некачественной сборки сварного соединения.	- нарушение технологии сборки.	Возникает , как правило, при сварке стыковых тонкостенных элементов. Концентратор напряжения. Исправление - подварка.
Свищ сварного шва.	Дефект в виде несквозного углубления в сварном шве.	- некачественный основной металла; -нарушение защиты.	Сопровождает поры и трещины, выходящие на поверхность. Наиболее часто возникают при сварке в СО2. Исправление - подварка с разделкой.
Поверхностное окисление сварного соединения.	Дефект в виде окисной пленки с различными цветами побежалости на поверхности сварного соединения.	малый расход защитного газа; наличие примесей в защитном газе; загрязнение поверхности сопла; неправильно подобранный диаметр сопла и расстояние его от поверхности металла; отсутствие дополнительных защитных козырьков; нарушение техники сварки.	Возникает при сварке активных металлов. Исправление - зачистка поверхности.
Трещины: -поверхностные; -внутренние; -сквозные; -продольные; -поперечные; -разветвленные.	Дефект в виде разрыва в сварном шве по линии сплавления или в околошовной зоне	жесткая конструкция изделия; сварка в жестко закрепленных приспособлениях; большой время между сваркой и термообработкой; большая скорость охлаждения; ошибка в проектировании сварного шва (близко расположенные концентраторы); нарушение технологии (температура подогрева, порядок наложения швов); нарушение защиты; некачественный основной металл.	Наиболее опасный и недопустимый дефект, как правило , брак. Исправление - подварка с предварительной разделкой или засверловкой концов трещины.
Поры сварного шва: -одиночные; -рассеянные; -скопления; -цепочка.	Дефект сварного шва в виде полости округлой или продолговатой формы заполненной газом.	влажный флюс; отсыревшие электроды; некачественная подготовка свариваемых кромок и поверхности сварочной проволоки; увеличенный диаметр электрода; длинная дуга; увеличенная скорость сварки; некачественная защита; некачественный основной металл.	Как правило, возникает при сварке алюминиевых и титановых сплавов, в глубоких стыковых швах, при затруднении дегазации. Ослабление сечения. Снижение герметичности. Исправление - единичные поры оставляют, во всех остальных случаях подварка.
Включения: -шлаковые; -оксидные; -вольфрамовые; -нитридные.	Дефекты в виде неметаллических частиц или инородного металла в металле шва.	некачественная подготовка поверхности; некачественный основной металл; нарушение технологии сварки; нарушение защиты.	Имеют сферическую или продолговатую форму, а также в виде прослоек. Концентраторы напряжения. Исправление - подварка с разделкой.

Основные методы дефектоскопии сварных соединений, приведены в таблице

Дефекты	Методы неразрушающего контроля
Наружные	Визуальный и визуально-оптический. Капиллярный, магнитный, вихретоковый.
Внутренние	Акустический (ультразвуковой), магнитный, радиационный (рентгенографический)
Сквозные	Капиллярный. Течеискателем.

ДЕФЕКТЫ КОНТАКТНОЙ СВАРКИ

Дефекты контактной сварки классифицируют на поверхностные и внутренние.

К поверхностным дефектам относят:

а) смещение центров сварных точек или сварного шва от оси разметки;

б) глубокие вмятины;

в) большой диаметр вмятины;

г) потемнение поверхности;

д) наружные трещины;

е) наружный выплеск.

К внутренним дефектам относят:

а) непровар;

б) внутренний выплеск;

в) усадочные дефекты.

При контактной сварке может в некоторых случаях образоваться и сквозной дефект - прожог.

Общие сведения о дефектах контактной сварки приведены в таблице

Дефект	Причины образования дефекта	Особенности дефекта
Смещение центров сварных точек или сварного шва от оси разметки	Нарушение технологии; Неисправность оборудования; Низкая квалификация сварщика.	Может сопровождаться разрывами нахлестки.
Неправильная форма отпечатка	износ электродов; неправильная заточка электродов; несоосность электродов.	Может сопровождаться наружным выплеском.
Глубокие вмятины	большой ток; большая длительность импульса; малая рабочая поверхность электродов.	Сопровождается выплеском и образованием дефектов усадочного происхождения (рыхлоты, трещины)
Большой диаметр вмятины	большое сварочное усилие; большая рабочая поверхность электродов.	Приводит к уменьшению диаметра ядра.
Потемнение поверхности отпечатков («цвета побежалости»)	- малое время проковки.	Не является значительным дефектом в сталях, но приводит к массопереносу и снижению коррозионной стойкости в алюминиевых сплавах.
Наружные трещины	малое сварочное и ковочное усилие; некачественная подготовка поверхности; загрязнение поверхности электрода.	Часто сопровождается подплавлением поверхности точки. Опасный дефект при действии переменных нагрузок.
Наружный выплеск: начальный; конечный.	-большой ток; малая длительность импульса; малое сварочное усилие; перекос электродов; некачественная подготовка поверхности.	Иногда сопровождается образованием сквозного отверстия в верхнем листе. Имеет место при сварке плоскими электродами. Снижает коррозионную стойкость сварной точки.
Непровар: полный; частичный.	малый сварочный ток; малая длительность импульса; большое сварочное усилие; большой размер рабочей поверхности электрода; малый шаг между точками; большая толщина плакировки; большие зазоры между деталями; раннее включение ковочного усилия.	Наиболее опасный и трудно выявляемый. Особенно опасен дефект в виде полного непровара. Признак непровара - малый диаметр отпечатка. Фиксируется путем ручной отгибки кромки при сварке пластичного металла.
Внутренний выплеск: начальный; конечный.	большой ток; большая длительность импульса; малое сварочное и ковочное усилие; большие сборочные зазоры; плохая подготовка поверхности; малая нахлестка.	Признак выплеска - большая глубина отпечатка. Приводит к загрязнению частицами металла внутренней полости при сварке оболочковых конструкций.
Усадочные дефекты (рыхлоты, трещины)	малое сварочное усилие; большой ток; большая длительность импульса; плохая подготовка поверхности; запаздывание включения ковочного усилия.	Как правило, возникают у сплавов, имеющих большой температурный интервал кристаллизации. Малоопасны при статических нагрузках.
Прожог точки	малое усилие сжатия или его отсутствия; раннее включение тока; большие зазоры; плохая подготовка поверхности; загрязнение электрода.	Сквозное отверстие диаметром больше диаметра электрода.

сварной подварка дефект несплошность

Основные методы дефектоскопии сварных соединений

Дефекты	Методы неразрушающего контроля
Наружные	- визуальный и визуально-оптический
Внутренние	ультразвуковой; вихретоковый; радиационный (с использованием рентгеноконтрастных материалов)

ВЫБОР МЕТОДОВ ДЕФЕКТОСКОПИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Методы дефектоскопии относятся к методам неразрушающего контроля сварных швов. Их используют с целью выявления дефектов - несплошностей.

На практике известно десять видов неразрушающего контроля, разделяющихся на методы в зависимости от способа выявления дефектов. Основными методами контроля дефектов-несплошностей сварных соединений являются радиографический и радиоскопический, ультразвуковой, магнитопорошковый и магнитографический, капиллярный, вихретоковый, течеисканием, визуальный и визуально-оптический. Каждый из методов имеет свои особенности и область применения. Основные факторы, определяющие применимость методов, сводятся к следующим:

*Физические свойства материала

Радиационные методы используют для контроля любых конструкционных материалов, магнитные - для ферромагнитных материалов (металлы на основе Fe, Ni, Co),а вихретоковый - для электропроводящих материалов.

*Толщина и размеры изделия

Радиационный и ультразвуковой контроль используют для сварных соединений различной толщины, а вихретоковый и магнитный контроль для малых толщин.

*Состояние поверхности

При ультразвуковом контроле необходимо зачищать контролируемый участок сварного соединения с нанесением контактной смазки. В магнитном контроле необходимо снимать чрезмерное усиление шва. Особенностью капиллярного контроля является особо тщательная подготовка поверхности.

*Характеристики дефектов

При выявлении объёмных дефектов (поры, включения) рационален радиационный контроль, а плоскостных (трещины, непровары) - ультразвуковой, магнитный и вихретоковый контроль.

Дефекты, расположенные в поверхностном слое наиболее надежно выявляются вихретоковым, капиллярным и магнитным контролем, а внутренние дефекты - радиационными и акустическими методами.

*Размеры допустимых дефектов

Они определяют технические условия на отбраковку сварных швов и зависят от условий эксплуатации сварных изделий.

*Технические характеристики.

Основными техническими характеристиками методов неразрушающего контроля являются чувствительность, разрешающая способность и достоверность.

Чувствительность метода определяется наименьшими размерами выявляемых дефектов, разрешающая способность - наименьшими расстояниями между двумя соседними выявляемыми дефектами, а достоверность - вероятностью пропуска дефектов с недопустимыми размерами.

Радиационные методы контроля чувствительны к объемным и плоскостным дефектам, расположенным в направлении просвечивания, ультразвуковые методы -- к любым плоскостным внутренним дефектам, а магнитные и капиллярные методы - к плоским поверхностным дефектам. Эти же методы имеют высокую разрешающую способность и достоверность контроля.

*Технико-экономические показатели

К технико-экономическим показателям относят производительность, возможность механизации и автоматизации, доступность технических средств, возможность документирования результатов контроля, стоимость контроля и др.

Самым непроизводительным является рентгенографический контроль. Ультразвуковой и вихретоковые методы контроля обладают высокой производительностью, а также возможностью обработки, хранения и регистрации дефектоскопической информации.

*Условия выполнения контроля

При использовании радиационного контроля необходимо тщательно контролировать радиационную обстановку в производственных помещениях и использовать специальные меры защиты. Остальные методы контроля используют при условии выполнения общих требований по технике безопасности и эксплуатации оборудования.

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ-НЕСПЛОШНОСТЕЙ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Работоспособность сварных соединений зависит напрямую от их дефектности. Так как получить бездефектную продукцию практически невозможно, то необходимо установить нормы допустимых дефектов или браковки. Установление в технических документах более жестких норм дефектности повышает работоспособность сварных соединений.

При обосновании норм дефектности для сварных соединений, работающих под нагрузкой, необходимо определить их влияние на механические свойства сварного соединения. Основным механическим свойством является прочность при статических и переменных нагрузках. Нормы дефектности устанавливают по результатам механических испытаний, анализа изломов (фрактография) и металлографии сварных соединений. В результате исследований устанавливается корреляционная связь между геометрическими характеристиками дефекта и прочностью соединения.

Влияние дефектов определяется не только размерами, но и их формы. К наиболее опасным дефектам относят трещины, непровары и подрезы. Менее опасными дефектами являются поры. Промежуточные положения занимают включения. Каждый из перечисленных дефектов характеризуется определённым значением концентрации напряжений.

Коэффициент концентрации напряжений определяется по формуле:

Кд = у max / у ср. в сварном соединении

где, у _max - максимальное напряжение в зоне дефекта,

у _ср - среднее напряжение в сварном соединении.

Коэффициенты концентрации напряжений соответствуют 2-3 (для пор), 3-10 для включений, 10-100 (для трещин, подрезов и непроваров в корне шва). Коэффициент К_д зависит от расположения дефекта по отношению к направлению действующей нагрузки.

Наиболее опасной направленностью трещин является такая, при которой наибольшие растягивающие напряжения действуют перпендикулярно к ее плоскости.

Наименьшей опасностью характеризуются дефекты, при котором действие растягивающих напряжений параллельно основному направлению дефекта.

Опасность дефектов возрастает для вытянутых пор - свищей , особенно выходящих на поверхность, а также для цепочек или скоплений пор или включений.

При определении степени опасности объемных дефектов необходимо сопоставлять их коэффициенты концентрации напряжений Кд и коэффициенты концентрации напряжений Кф формы шва.

в - ширина шва;

r, r' - радиусы перехода (сопряжения сварного шва).

Если Кф>Кд, то разрушения сварного шва может быть вызвано неплавным сопряжением сварного шва даже при малых размерах пор и включений.

Влияние дефектов на качество сварных соединений увеличивается с возрастанием остаточных сварочных напряжений в сварном соединении, что необходимо учитывать при разработке технологии сварки.

Еще большую опасность на работоспособность сварных соединений представляют дефекты в процессе эксплуатации сварных соединений. Поэтому необходимо поддерживать такое качество технологического процесса, чтобы дефектность на стадии изготовления изделий была бы ниже уровня, требуемого при эксплуатации, т.е. требования к дефектности, исходя из технологического фактора, должны быть более жесткими, чем из эксплуатационного фактора. Поэтому основная оценка норм допустимых дефектов должна определяться в условиях действия нагрузок, характерных для эксплуатационных условий.

Рассмотрим влияние плоскостных (на примере непровара) и объемных (на примере пор) дефектов на прочность сварных соединений.

При статической нагрузке и пластичном металле с увеличением непровара в корне шва прочность сварных соединений уменьшается пропорционально его величине.

Определив зависимость прочности сварного соединения от величины дефекта и задаваясь прочностью сварного соединения (0,9)у_{в осн. Me} ,определяем критический размер дефекта.

При малопластичном металле (высокопрочная сталь)с увеличением величины непровара, предел прочности уменьшается более резко по сравнению с пластичным металлом. При этом, если у стали 10 непровар определенной величины ещё допустим, то для стали 30ХГСА , как правило является браком.

При переменных нагрузках падение прочности сварного соединения в зависимости от размера дефекта ещё больше усиливается и поэтому плоскостные дефекты типа трещин и непроваров вообще недопустимы.

Объёмные дефекты с площадью дефектной зоны до 5-10% площади поперечного сечения шва, при статистической нагрузке и пластичном металле практически не оказывают влияния на предел прочности. При малопластичном металле характер зависимости существенно изменяется.

При контактной сварке основным дефектом является непровар, который оказывает такое же влияние, как и плоскостные дефекты при сварке плавлением (с повышением площади непровара предельная нагрузка уменьшается).

Дефекты усадочного типа, расположенные в центре ядра сварных точек при статической нагрузке являются незначительными концентраторами и влияние на прочность соединения практически не оказывают, т.к. наибольшие напряжений концентрируются по границе сварной точки, где и происходит ее разрушение.

При переменных нагрузках внутренние дефекты в сварной точке оказывают заметно большее влияние по сравнению со статическими нагрузками.

Работоспособность сварных соединений, эксплуатирующихся при повышенных или низких температурах и имеющих различные концентраторы напряжений, определяется показателями ударной вязкости, полученными в результате динамических (ударных) испытаний.

Ударные испытания не дают прямых данных для расчёта норм дефектности, но они позволяют выявить влияние изменений структуры металла на механические свойства, которые не выявляются по результатам статических испытаний.

Динамические испытания позволяют также проследить влияния явления упрочнения и разупрочнения металла сварного шва, связанные с укрупнением зерна, выпадением карбидов, нитридов и т.д.

Для сварных соединений, работающих при повышенных или пониженных давлениях, показателем работоспособности является герметичность, контроль которой обеспечивает выявление сквозных дефектов. Для оценки герметичности используются показатели натекания газа или жидкости при заполнении контролируемого объекта.

При эксплуатации сварных соединений в коррозионных средах нормы дефектности должны быть уточнены с учетом этого фактора.

НОРМЫ ДЕФЕКТНОСТИ И КАТЕГОРИИ ОТВЕТСТВЕННОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Нормы дефектности позволяют произвести сортировку сварных соединений по трём группам качества:

1 группа - годные сварные соединения

2 группа - дефектные сварные соединения (возможно устранение дефектов и ремонт изделия)

3 группа - бракованные сварные соединения (ремонт изделий не допускается)

Нормы дефектности указывают в технических условиях на изготовление сварного соединения (ТУ) или в строительных нормах и правилах для строительных сварных конструкций (СН и П).

Нормы допустимых дефектов выражают обычно в значениях минимальных размеров недопустимых дефектов или максимальных размеров допустимых дефектов, исходя из показателей работоспособности. Их рассчитывают проектировщики, с учётом мнений металловедов, технологов и дефектоскопистов. На основании норм дефектности выбирают технические средства контроля, а также эталонные или тест образцы и определяют условия проведения контроля.

При использовании неразрушающих методов контроля устанавливают связь между реальными размерами дефектов и их параметрами, оцениваемыми при контроле. Эти параметры являются критериями браковки сварных соединений.

Так, например, при ультразвуковом контроле о размере дефекта судят по амплитуде отражённого сигнала от дефекта, поэтому для установления зависимости между амплитудой отражённого сигнала от дефекта и его размерами используют эталоны или тест образцы с моделями допустимых дефектов.

В машиностроительных отраслях промышленности, выпускающих различные сварные изделия, нормы допустимых дефектов устанавливают исходя из степени ответственности изделий и с учётом сложившейся практики разработки браковочных норм на конкретные виды продукции.

По степени ответственности сварные изделия разделяют, как правило, на три категории. Каждой категории соответствует определённый уровень требований к качеству изделий. Так в авиационной промышленности известны следующие три категории ответственности:

1 категория - особо ответственные сварные изделия;

2 категория - ответственные сварные изделия;

3 категория - мало ответственные сварные изделия.

Для изделий первой категории, эксплуатирующихся при переменных нагрузках и в коррозионной среде, используют комплексную систему контроля, предусматривающую применение нескольких методов неразрушающего контроля. Для этой категории устанавливают самый высокий уровень требований. Изделия, относящиеся к третьей категории ответственности, обычно контролируют визуально. В сварных соединениях этой категории не допускаются только сквозные дефекты.

Категорию ответственности устанавливает конструктор совместно с эксплуатационниками изделий.

ЭКСПЛУТАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

В процессе эксплуатации сварных изделий происходит старение материала, сопровождающееся износом и разрушением. Эти явления приводят к появлению неисправностей и отказов изделий.

Неисправность - это состояние сварного соединения, при котором оно не соответствует хотя бы одному требованию НТД. Изделие, характеризующееся неисправностью, можно эксплуатировать с учётом обеспечения постоянного контроля за его эксплуатацией.

Отказ - это полное нарушение работоспособности изделия, при котором дальнейшая его эксплуатация невозможна. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенные отказы связаны с медленным (вязким) разрушением изделия, а внезапные отказы - с хрупким разрушением изделия.

Износ - изменение размеров, формы и состояния поверхности сварного соединения. При износе наблюдается углубление, увеличивается шероховатость поверхности и имеет место остаточная деформация поверхностного слоя (наклеп).

Среди сварных соединений наиболее склонны к износу сварные соединения, выполненные контактной сваркой.

Износ классифицируют на виды:

*механический износ, возникает в трущихся элементах;

*абразивный износ, возникает в результате попадания твёрдых частиц в зазор между трущимися элементами;

*коррозионный износ, возникает при наличии нагрузок и коррозионной среды;

*усталостный износ, возникает при переменных нагрузках.

Износ сопровождается разрушением и возникновением поверхностных микротрещин.

В сварных изделиях возникают также усталостные трещины, а также трещины, связанные с явлением ползучести.

Появление усталостных трещин связано в первую очередь с влиянием концентраторов напряжений (забоины, риски, резкие переходы от шва к основному металлу, от одной толщины к другой, наличие отверстий). При действии переменных нагрузок в наиболее слабом месте изделия, где возникают остаточные напряжения, превышающие предел выносливости, появляются микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные трещины, которые приводят к внезапному разрушению соединения (отказу) без видимых пластических деформаций.

Большое влияние на усталость оказывает изменение температурных условий эксплуатации (теплосмены) и воздействие коррозионной среды.

При этом разрушение соединения происходит при значительно меньших напряжениях. Появление трещин ползучести связано с медленным нарастанием во времени пластической деформации материала при длительных механических воздействиях и нагреве.

Материалы и сварные соединения, работающие длительное время при высоких температурах, постепенно разрушаются при напряжениях значительно меньших предела текучести.

На появление трещин усталости и ползучести оказывает влияние низкая пластичность металла, наличие дефектов - несплошностей в сварном шве, а также структурные изменения, связанные с упрочнением и разрупрочнением металла в процессе эксплуатации..

При эксплуатационном контроле важно фиксировать не только появление трещин, но и знать кинетику их развития во времени. Исследование кинетики развития трещин и разрушений является задачей технической диагностики сварного соединения.

Техническая диагностика - занимается установлением и изучением признаков, характеризующих техническое состояние изделий, для предсказания возможных отклонений контролируемых параметров ( например, длина трещины или толщина изделия) за допустимые пределы, вследствие чего возникают внезапные отказы.

Техническая диагностика даёт возможность оценить продолжительность эксплуатации изделия, т.е. его долговечность при появлении дефектов. Методы технической диагностики применяют для рациональной организации контроля работоспособности сварных изделий в процессе эксплуатации. Методы технической диагностики разделяют на:

*экспериментальные;

*расчётные.

В расчётных методах определяют напряжённое состояние контролируемого сварного изделия при наличии дефектов. При этом выполняют моделирование состояния дефектного соединения с помощью компьютерной техники.

К экспериментальным методам исследования работоспособности дефектного соединения, относят механические испытание, например, испытания на хрупкость ( трещиностойкость), используемое в механике разрушение, для оценки стойкости сварного соединения к хрупкому разрушению.

Испытания на хрупкость проводятся на сварных соединениях со статическим изгибом образца, у которого выполнен надрез, в вершине которого имеется искусственная усталостная трещина. Образец нагружают до момента быстрого (нестабильного) развития трещины. Затем по величине нагрузки и длине трещины рассчитывают коэффициент интенсивности напряжения:

К_IC = у_а vр l_тр ,

у_а- максимальное (амплитудное) напряжение,

l_тр- длина трещины, при которой начинается быстрый ее рост;

Этот коэффициент является главным критерием оценки хрупкости разрушения сварного соединения.

Если у v р l < К_IC , где у- напряжение в данный момент нагружения, а l - текущая длина трещины, то трещина не развивается и разрушение не наступает. Если у v р l > К_{IC ,}то трещина нестабильна, быстро развивается по длине и возникает хрупкое разрушение.

Испытания на хрупкость проводят для различных условий нагружения, что позволяет установить ресурс работы изделия и оценить вероятность возникновения отказа. Зная коэффициент интенсивности напряжения и предел текучести металла можно по приведенной формуле определить критическую величину трещины, превышение которой вызывает хрупкое разрушение сварного соединения.

Аналогичные коэффициенты можно определить не только при статических, но и динамических нагружениях.

Большую информацию по определению характера зон разрушения и связь её с дефектами и концентраторами дают методы фрактографии ( методы анализа изломов).По виду излома можно определить пластичность или хрупкость металла, или сварного изделия.

Пластичные вязкие металлы дают волокнистый (с выступами) серый излом с матовой поверхностью, т.к. характеризуются мелкозернистой структурой. Хрупкие материалы имеют блестящий , кристаллического вида излом, т.к. характеризуются крупнозернистой структурой. Для изучения макро- и микроизломов используют металлографические и электронные микроскопы.

По виду излома можно судить также о дефектах сварного шва:

*поры выглядят как округлые или вытянутые пустоты;

*горячие трещины имеют темную окисленную поверхность;

*холодные трещины имеют блестящую поверхность;

*металлические включения имеют вид пустот с острыми краями;

*оксидные пленки, например на алюминиевых сплавах, имеют волокнистый вид.

К экспериментальным методам технической диагностики относят также методы толщинометрии, структуроскопии и интроскопии, являющиеся методами неразрушающего контроля.

СТАТИСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Статистические методы контроля относятся к методам активного контроля, использующимся в крупносерийном и массовом производствах и обеспечивающим управление качеством продукции. В условиях крупносерийного и массового производства сплошной контроль, применяемый для особо ответственных изделий, не возможен. К тому же сплошной контроль еще не гарантирует сплошное качество, т.к. при сплошном контроле контролер быстро устает, его внимание ослабевает и в результате он может пропустить дефектное изделие и забраковать годное изделие. Кроме того при сплошном контроле требуется увеличение численности контролирующего персонала учитывая, что трудоемкость контроля нередко превышает трудоемкость самих технологических операций. В этих условиях выход может быть найден в использовании статистических методов контроля. Статистические методы контроля основаны на использовании методов теории вероятности и математической статистики при выборочном контроле небольшой по количеству изделий выборке (части партии)и оценивании по ее результатам качества всей партии.

Статистические методы контроля можно разделить на две группы:

Статистический приёмочный контроль готовой продукции;

Статистическое регулирование качества технологических процессов.

Для организации статистического приёмочного контроля готовой продукции разрабатывают систему правил - план контроля. План контроля включает такие вопросы, как: объём контролируемой выборки, процедуру отбора изделий в выборку, процедуру принятия решений о приёмке партии или дальнейшем продолжении контроля, методику получения обобщённых статистических характеристик и т.д.

Различают приёмочный контроль по количественному и качественному показателям. К количественным показателям относят:

*среднее число дефектов на сварной шов;

*среднюю длину дефектов на стык или погонный метр шва и др.

К качественным показателям относят:

долю дефектных изделий в партии;

долю бракованных изделий в партии.

При принятии решения о приёмке партии или продолжении контроля могут быть предусмотрены две схемы.

Одноступенчатый контроль. Решение принимается по результатам контроля только одной выборки.

Двухступенчатый контроль. Решение принимается на основании контроля двух последовательных выборок.

Если по результатам двухступенчатого контроля обнаруживается брак, то контроль ведут всей партии.

Статистическое регулирование качества технологического процесса является методом предупредительного контроля, и заключается в том, что в определённые моменты времени контролируют параметры продукции и определяют их отклонения от установленных значений. Одним из основных условий качества массовой продукции является ее однородность, т.е. соответствие любого числа изделий требованиям, заданным на чертеже, в технических условиях или стандарте. Однако в массовом производстве даже при стабильном состоянии оборудования и устойчивой наладке технологического процесса изготовленные изделия имеют различные отклонения от требований, вызываемые двумя группами причин.

Одна группа причин обусловлена систематически повторяющимися отклонениями, например, в связи с износом установочных элементов сборочно-сварочных приспособлений. Эти причины не случайны и их необходимо устранять. Другая группа причин обусловлена случайными отклонениями. Они связаны, например с внезапными изменениями режима работы оборудования. Эти причины не постоянны и их заранее устранить невозможно. Поэтому, в процессе изготовления продукции необходимо систематически следить за возникающими отклонениями и оперативно реагировать на них, не допуская разладки технологического оборудования и технологического процесса в целом, и тем самым, обеспечивая управления качеством.

Для того чтобы обеспечить визуальное представление о ходе (стабильности или не стабильности) технологического процесса, необходимо использовать контрольные карты. Они строятся на бланках с сеткой, в которой по вертикале отмечают значения контролируемых показателей продукции, а по горизонтали - номера выборок. Контрольные карты классифицируют по количественным и качественным показателям, а так же и по назначению (для регулировки среднего или рассеяния).

Всякая контрольная карта состоит из трех горизонтальных линий - контрольных границ. Центральная линия представляет среднее значение контролируемого параметра, а две крайние линии соответствуют верхнему и нижнему техническому контрольному допуску. Выход за эти контрольные границы приводит к браку, т.к. они представляют максимально допустимые пределы изменения значений контролируемого параметра.

Чтобы предупредить возможность появления брака на карту между центральной и крайними линиями наносят две предупредительные контрольные границы (предупредительный допуск).

Попадание контролируемого показателя в интервал между границами технического и предупредительного допусков является сигналом об отклонении от стабильности технологического процесса и возможном в дальнейшем появлении брака при контроле другой выборки. В этом случае необходимо принимать мероприятия по корректировке технологического процесса. Если все точки, соответствующие выборочным средним значениям контролируемого параметра изделия из выборки, оказываются внутри верхней или нижней границы предупредительного допуска, то технологический процесс считается как находящийся в контролируемом и стабильном состоянии. Процесс считается контролируемым, если систематические отклонения регулярно выявляются и устраняются, а остаются только случайные отклонения, которые, как правило, распределяются в соответствии с нормальным законом распределения.

Если же по результатам контроля выборки наблюдается тенденция выхода контролируемого параметра за предупредительные границы, то за процессом следует наблюдать более внимательно. Это позволяет предвидеть возможности появления недопустимых отклонений в будущем и рассмотреть необходимость подналадки оборудования на конкретной операции или же подрегулирования хода технологического процесса.

В целях управления качеством продукции кроме контрольных карт используют гистограммы, диаграммы и другие инструменты управления.