Контроль качества сварных швов и соединений

Под качеством продукции понимают совокупность свойств и меру полезности продукции, удовлетворяющие определенным общественным и личным потребностям в соответствии с ее назначением. Применительно к сварным соединениям показателями качества служат такие свойства, как прочность, отсутствие дефектов, число их исправлений и др.

Основные факторы, влияющие на качество сварных соединений, можно разделить на две группы: конструктивное- эксплуатационные (конструкция соединения, качество основного металла, условия эксплуатации и др.); технологические(качество сварочных материалов, оборудование, подготовка и сборка,выбор,параметров режима сварки, квалификация оператора).

Различают три этапа контроля качества: предварительный контроль; контроль в готовом изделии.

В процессе предварительного контроля проверяют качество исходных материалов, заготовок, подлежащих сварке, сварочных материалов, сборки под сварку, сварочного оборудования и приспособлений.

В процессе текущего контроля проверяют внешний вид шва, его геометрические размеры, проводят измерения изделия, осуществляют наблюдение за выполнением технологического процесса.

Для контроля качества сварного соединения в готовом изделии существуют следующие методы: наружный осмотр и проверка размеров швов; гидравлические испытания сварных сосудов трубопроводов на прочность и непроницаемость; радиационный; акустический; магнитный; электромагнитный и др.

Контроль качества сварных швов и соединений проводится согласно ГОСТ 3242-69 с целью выявления наружных, внутренних и сквозных дефектов. Контроль качества сварных соединений и конструкций складывается из методов контроля, предупреждающих образование дефектов, и методов контроля, выявляющих сами

дефекты. К методам контроля, предупреждающим образование дефектов, относятся контроль основного и присадочного металлов и других сварочных материалов, контроль подготовки деталей пол сварку, а также применяемого оборудования и квалификации сварщиков.

Внешним осмотром проверяют заготовку под сварку (наличие закатов, вмятин, ржавчины), правильность сборки, правильное расположение прихваток, разделку под сварку, величины притупления.

Внешним осмотром готового сварного изделия можно выявить наружные дефекты – непровары, наплывы, прожоги, незаверенные кратеры, подрезы, наружные трещины, поверхностные поры, смещение свариваемых элементов. Перед осмотром сварной шов и прилегающую к нему поверхность основного металла по обе стороны на 15 – 20 мм от шва очищают от металлических брызг, окалины, шлака и других загрязнений.

Осмотр производят невооруженным глазом или лупой с 5-10- кратным увеличением. При внешнем осмотре для выявления дефектов швы замеряют различными измерительными инструментами и шаблонами. Замерами устанавливают правильность выполнения сварных швов и их соответствие с ГОСТам, чертежам и техническим условиям.

У стыковых швов проверяют ширину и высоту усиления, в угловых и тавровых швах – величину катетов. Границы выявленных трещин засверливают. При нагреве металла до вишнево-красного цвета трещины обнаруживаются в виде темных зигзагообразных линий.

Основная область применения аргонодуговой сварки неплавящимся электродом – соединения из легированных сталей и цветных металлов. При малых толщинах аргонная сварка может выполняться без присадки. Способ сварки обеспечивает хорошее качество и формирование сварных швов, позволяет точно поддерживать глубину проплавления металла, что очень важно при сварке тонкого металла при одностороннем доступе к поверхности изделия. Он получил широкое распространение при сварке неповоротных стыков труб, для чего разработаны различные конструкции сварочных автоматов. В этом виде сварку иногда называют орбитальной. Сварка неплавящимся электродом – один из основных способов соединения титановых и алюминиевых сплавов.

Аргоновая сварка плавящимся электродом используется при сварке нержавеющих сталей и алюминия. Однако объем ее применения относительно невелик.

При проведении контроля качества сварки выявляются дефекты сварных швов, которые являются следствием неправильного выбора или нарушения технологического процесса изготовления сварной конструкции, применения некачественных сварочных материалов.

Дефекты разделяются на внешние и внутренние.

Внешние дефекты:

а) Нарушение размеров и формы шва.

Оно выражается в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Такие дефекты являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкого качества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебаний напряжения в сети.

б) Непровар - местное несплавление свариваемых кромок основного и наплавленного металлов - является следствием низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемых кромок (малый угол скоса, отсутствие засора, большое притупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву.

в) Подрез - узкое углубление в основном металле вдоль края сварного шва - образуется при сварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка.

г) Поверхностное окисление - окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла. Причинами являются сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочной горелки или слишком большой сварочный ток, замедленное перемещение электрода или горелки вдоль шва.

д) Прожог - сквозное отверстие в сварном шве. Основными причинами прожога являются большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длине.

е) Наплыв - результат натекания металла шва на непрогретую поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут возникнуть из-за некачественных электродов и несоответствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва.

 

Рис.13 Дефекты сварных швов

 

Внутренние дефекты

а) Поверхностные и внутренние поры. Они возникают вследствие попадания в металл шва газов (водород, азот, углекислый газ), образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксид углерода образуется в процессе сварки стали при сгорании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается в металле шва. Можно сделать вывод, что пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), применение электродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, больших скоростей сварки.

б) Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, применении некачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромках и плохой очистке шва от шлака при многослойной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и оксиды не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений.

г) Трещины наружные и внутренние (микротрещины) являются опасными и недопустимыми дефектами сварных швов. Они образуются вследствие напряжений, возникающих в металле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистые и легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего могут образовываться трещины. Причиной возникновения трещин служит также повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора).

Методы устранения дефектов сварных швов.

Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнительного слоя металла. При этом наплавляемую поверхность необходимо тщательно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила.

Непровар, кратеры, поверхностные и внутренние поры и неметаллические включения устраняют вырубкой пневматическим зубилом или расчисткой абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой.

Подрезы заваривают тонкими валиковыми швами. Наплывы устраняют обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зубила. Наружные трещины устраняют разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам ее засверливают отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трещинами вырубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участков вырезают и сваркой накладывают заплату.

Виды контроля сварных соединений

Для получения сварного соединения хорошего качества необходимо осуществлять контроль, начиная с проверки качества подготовки шва и кончая проверкой полученного сварного соединения. Качество основного металла, электродной проволоки, присадочного металла, флюса и других материалов проверяют по сертификатам и заводским документам. Маркировка и качество должны соответствовать установленным техническим условиям и технологическому процессу сварки. Сборку под сварку и разделку шва проверяют по стандартам и техническим условиям.

Сварное соединение проверяется следующими способами:

а) Внешний осмотр.

С его помощью идет выявление наружных дефектов шва. Осмотр производится невооруженным глазом или с помощью лупы с десятикратным увеличением. Размеры сварных швов проверяют шаблонами и мерительным инструментом.

б) Металлографические исследования.

Производится сверление отверстия, которое проходит через шов и основной металл. Поверхность отверстия протравливают 10% - иым водным раствором двойной соли хлорной меди и аммония в течение 1-3 минут. Осадок меди удаляют водой. Протравленную поверхность осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы. При этом выявляют качество провара и наличие внутренних дефектов.

в) Химический анализ.

Определяется состав основного и наплавленного металлов и электродов, а также их соответствие установленным техническим условиям на изготовление сварного изделия. Методы отбора проб для химического и спектрального анализов предусмотрены ГОСТ 7122-81.

г) Механические испытания.

Проводят испытания специально сваренных контрольных образцов, либо образцов, вырезанных из сварного соединения. Определяют предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твердость и угол загиба.

д) Рентгенодефектоскопия.

Она основана на различном поглощении рентгеновских лучей различными веществами. Этим методом обнаруживают поры, микротрещены, непровары, неметаллические включения. Рентгеновские лучи направляют на сварной шов, а с обратной стороны прикладывают фотопленку. Дефектные места пропускают лучи с меньшим поглощением, чем сплошной металл. После проявления на пленке хорошо видны очертания дефектов шва.

е) Гамма-дефектоскопия.

Этот метод основан на различном поглощении веществами гамма-лучей. Как и при рентгенодефектоскопии получают снимок сварного шва. Гамма-лучи получаются при ядерном распаде естественных и искусственных радиоактивных веществ (радия, кобальта, цезия и др.).

ж) Магнитные методы контроля.

Они основаны на исследовании магнитных полей рассеяния на намагниченном контролируемом изделии. Применяется несколько методов магнитного контроля качества сварного шва: магнитно-порошковый, магнитнографический, индукционный и др.

Метод порошковой дефектоскопии является наиболее простым, но менее четким. После намагничивания изделия сварной шов опыливают магнитным порошком (изготовляют из железной окалины) или покрывают суспензией (смесь магнитного порошка с керосином, маслом или другими веществами). В зоне дефекта порошок распределяется неравномерно - скапливается у краев пор, трещин, по этим скоплениям определяют расположение дефектов в сварном шве. Для большей наглядности магнитный порошок или суспензию окрашивают в яркие цвета.

Индукционный метод контроля основании на рассеянии магнитного потока датчиком дефектоскопа и последующем наведении электродвижущей силы в индикаторе. Наведенный индукционный ток усиливается и подается на телефон, сигнальную лампу или магнитноэлектрический прибор. По звуку, отклонению стрелки прибора или зажиганию лампы определяют расположение дефекта. Индукционный контроль производят дефектоскопом МД-138.

Ультразвуковой метод контроля основан на способности ультразвуковых колебаний проникать в толщину металла на значительную глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектных участков.

Испытания сварных швов емкостей на герметичность производят различными методами: керосином, сжатым воздухом, вакуум-аппаратом, аммиаком, гидравлическим испытанием.

 

Экономический расчет

Определить режим сварки для металла толщиной 5 мм

Таблица 2

Толщина металла S, мм	1,5			4-5	6-8	9-12	13-15	16-20
Диаметр D э, мм	1,6			3-4		4-5		5-6

 

Таблица 3

Диаметр Эл Dэ/мм
Коэфициент К	25-30	35-40	35-50	40-55	45-65

 

К режиму сварки относятся. Толщина свариваемого металла, диаметр сварочного электрода, сила сварочного тока.

Диаметр электрода выбираем взависимости от толщины свариваемого металла. Для расчета силы сварочного тока необходимо коэффициент, который выбирается взависимости от диаметра электрода по формулам рассчитываем силу сварочного тока:

 

1) I = k * dэ = для нижнего положения

2) I = 0.9 * k * dэ = для верхнего положения

3) I = 0.8 * k * dэ = для потолочного положения

 

Толщина металла S = 5 мм

 

По таблице №4 подбираем dэ

d э = 4

По таблице №5 подбираем K

d э = 4 тогда 35-50

режим сварки для металла

Бст3 толщиной 5 мм составляет

 

1) Для нижнего положения

 

I = 35*4 = 140A

I2 = 50*4 = 200A

I = 140A – 200A

 

2) Для вертикального положения

 

I = 0.9 * 35 * 4 = 126A

I = 0.9 * 50 * 4 = 180A

I = 126A – 180A

 

3) Для потолочного положения

 

I = 0.8 * 35 * 4 = 112A

I = 0.8 * 50 * 4 = 160A

I = 112A – 160A