Электрогазосварка. Электросварка. Газосварка

§ 136. Способы контроля сварных швов и изделий

Наружный осмотр и проверка размеров шва. Цель такого контроля заключается в выявлении внешних дефектов швов: неровности по ширине и высоте, подрезов, неполномерности, непровара корня шва, трещин, шлаковых включений, крупных пор. С помощью лупы можно заметить мелкие волосяные трещины и поры шва.

Если предполагается, что в данном месте шва имеются трещины, то металл на исследуемом участке промывают спиртом и затем травят 10%-ным водным раствором азотной кислоты до появления матовой поверхности. Перед травлением поверхность металла следует зачистить личным напильником и наждачной бумагой. Лупа должна давать увеличение в 10—20 раз. После осмотра поверхность металла зачищают наждачной бумагой и протирают денатурированным спиртом для удаления остатков кислоты.

Размеры шва (ширину и высоту валика, размеры подварки с обратной стороны и пр.) проверяют соответствующими шаблонами или универсальными измерителями (см. гл. III).

Испытание механических свойств наплавленного металла и сварного соединения. Для проведения такого испытания одновременно со сваркой шва сваривают пробные пластины из того же металла, той же толщины, что и основное изделие, и с теми же режимами сварки. Из пластун вырезают и изготовляют на станках образцы установленной стандартом формы и размеров. Эти образцы подвергают испытаниям в лаборатории с целью определения механических свойств наплавленного металла и сварного соединения: временного сопротивления разрыву (предела прочности), относительного удлинения, ударной вязкости, а также твердости.

Для испытания механических свойств наплавленного металла из него вытачивают круглый образец (рис. 179, а), который испытывают на растяжение с помощью разрывной машины. При этом определяется усилие в килограммах, при котором образец разрывается, относя это усилие к 1 мм2 площади первоначального поперечного сечения образца. Чем больше это усилие, тем прочность наплавленного металла выше.

При данном испытании одновременно определяют относительное удлинение образца, выражаемое в процентах от его первоначальной длины и характеризующее пластичность наплавленного металла.

Для испытания механических свойств сварного соединения из пробной пластины вырезают плоский образец, форма и размеры которого указаны на рис. 179, б. Усиление шва на образце сострагивают с обеих сторон. Образец подвергается испытанию на разрывной машине. Прочность сварного соединения определяют нагрузкой в килограммах, приходящейся в момент разрыва образца на 1 мм2 его первоначального поперечного сечения.

Чтобы установить пластичность металла шва, определяют также угол загиба образца. Для этого испытания изготовляют образец, изображенный на рис. 179, в. Образец укладывают на две опоры и подвергают изгибу под прессом. Угол а, при котором на поверхности шва возникает трещина (рис. 179, г), характеризует также пластичность наплавленного металла: чем больше угол, тем выше пластичность металла сварного шва и лучше качество сварного соединения. Лучшим считается шов, образец которого обеспечивает угол загиба, равный 180°.

Ударную вязкость металла сварного шва определяют на квадратных образцах сечения 10 X 10 мм с надрезом (рис. 179, д). Эти образцы разрушают на специальной машине путем изгиба с приложением удара. Образец при этом ломается в месте расположения надреза. Чем большую работу необходимо затратить на излом такого образца, тем выше будет его ударная вязкость, измеряемая в кгс-м/см2.

Засверливание шва. Применяют для определения непровара корня шва или кромки в отдельных, наиболее сомнительных местах. В исследуемом месте шов засверливают сверлом или конической фрезой (шарошкой), диаметр которых на 3 мм больше ширины

шва. Угол заточки сверла или шарошки должен быть равен углу раскрытия шва. Поверхность засверленного места протравливают 10—12%-ным водным раствором двойной соли хлористой меди и аммония. При этом непровар становится хорошо видимым. После испытания засверленное место заваривают.

Исследование макро- и микроструктуры. Структура металла, видимая невооруженным глазом на отшлифованной и протравленной специальным раствором поверхности образца, называется макроструктурой. Шлиф делают на образцах, вырезанных из шва или из пробных пластин. При этом можно выявить непровары, шлаковые включения, раковины, поры, трещины, несплавление и пр.

Микроструктурой называется строение основного или наплавленного металла, видимое под микроскопом при увеличении в 100—1000 раз. Поверхность шлифа должна быть тщательно отполирована и протравлена 5% -ным спиртовым раствором азотной кислоты. Микроструктура позволяет обнаружить в шве перегрев и пережог металла, наличие окислов по границам зерен, изменение состава металла вследствие выгорания при сварке отдельных его элементов, микроскопические трещины, поры и пр.

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

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

При гидравлическом испытании сваренный сосуд наполняют водой и с помощью гидравлического насоса создают в нем давление, превышающее максимальное рабочее давление для данного изделия*. Под пробным давлением сосуд выдерживают 5 мин. Затем давление снижают до рабочего и при этом давлении швы слегка обстукивают на расстоянии 15—20 мм от кромок закругленным молотком весом 1 кг, после чего тщательно осматривают швы. Места, в которых обнаружены при осмотре течь или потение, отмечают мелом и после снятия давления вырубают и заваривают вновь.

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

Плотность шва. Проверяют при помощи керосина, который способен проникать в самые мелкие поры и трещины. Для этого шов с одной стороны обмазывают мелом, разведенным на воде. После высыхания мела шов с обратной стороны промазывают керосином. При наличии неплотностей, пор и трещин керосин просачивается через них, и на меловой покраске появляются хорошо заметные пятна. Этот способ применяется при проверке плотности швов резервуаров и сосудов, не работающих под давлением.

Плотность шва можно проверить также способом С. Т. Назарова. Для этого шов снаружи оклеивают полосками бумаги, пропитанной 5%-ным раствором азотнокислой ртути, а проверяемый сосуд испытывают на рабочее давление сжатым воздухом с примесью 1% аммиака. Аммиак проникает через поры и трещины шва и вызывает заметное потемнение на полоске бумаги против дефектного места.

Просвечивание швов. Способ просвечивания позволяет обнаружить в швах 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[1]). 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 (поры, трещины и др.), поглощение лучей металлом будет меньше, и они окажут более сильное воздействие на чувствительную к лучам эмульсию пленки. Поэтому в данном месте на пленке после ее проявления будет более темное пятно, соответствующее по размерам и форме имеющемуся дефекту. Снимок шва, сделанный на пленку, носит название рентгенограммы или гаммограммы шва. Обычно просвечивают 10—15% общей длины шва.

Для просвечивания сварных швов применяют рентгеновские аппараты, состоящие из специального трансформатора с выпрямителем и особой лампы — рентгеновской трубки. При прохождении через электроды трубки выпрямленного тока высокого напряжения (150 000—180 000 в) в трубке возникают особые, так называемые рентгеновские лучи.

В качестве источников гамма-лучей используют следующие радиоактивные вещества: при тонком металле от 1 до 10 мм — радиоактивный туллий-170, для просвечивания трубопроводов — радиоактивный цезий-134, при толщине металла до 50 мм — радиоактивный иридий-192. при толщине до 200 мм — радиоактивный кобальт-60. Небольшое количество радиоактивного вещества помещают в стеклянную ампулу.

Рентгеновские и гамма-лучи при больших дозах облучения вредны для организма, поэтому рентгенотрубку или ампулу с радиоактивным веществом помещают в свинцовую оболочку. Свинец не пропускает рентгеновские и гамма-лучи и делает процесс просвечивания швов безопасным для обслуживающего персонала. В свинцовой оболочке рентгеновской трубки делают только узкую щель, через которую лучи могут падать на просвечиваемый участок шва. Ампулу с радиоактивным веществом в момент просвечивания временно вынимают из свинцового футляра, в котором она постоянно хранится.

Просвечивание швов рентгеновскими и гамма-лучами выполняется только специально обученным персоналом. Схемы просвечивания сварного шва показаны на рис. 180. После проявления пленки шов на ней обозначается в виде светлой полосы. Темные точки на светлой полосе шва указывают места расположения пор или шлаковых включений. Если шов имеет непровар или трещину, то они дают на пленке темные линии.

ГОСТ 7512—55 установлены следующие условные обозначения дефектов швов, обнаруживаемых при расшифровке рентгено и гаммограмм:

П — газовые включения (поры);

Ш — шлаковые включения;

Н — непровары;

Не — 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, если на рентгенограмме имеется следующая запись: ПБ-1-15; Тп-4-1; Ш-0; Н-0; длина снимка 100, то это означает, что на участке шва длиной 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 и магнитный методы контроля швов. Ультразвуковой метод 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 получаются обычно с помощью кварцевой пластинки, которая является источником этих колебаний, если к пластинке подвести переменный ток повышенной частоты (0,8—2,5 мгц). Отраженные ультразвуковые колебания улавливаются искателем (щупом) и затем преобразуются в электрические импульсы, дающие на соответствующий прибор сигнал о наличии дефекта в данном месте сварного шва.

Ультразвуковой метод может применяться только для контроля швов металла толщиной не менее 8 мм. Этим способом можно предварительно определить местонахождение скрытого дефекта, а затем просветить это место рентгеновскими или гамма-лучами для более точного выявления размеров и характера дефекта.

При магнитном методе сварной шов стального изделия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка. Затем изделие намагничивают с помощью постоянного сварочного

электрического тока до 200 а, пропускаемого по обмотке из нескольких витков провода, окружающего изделие. Под действием магнитного силового поля, возникающего в свариваемом изделии, частицы железного порошка располагаются гуще около мест, где имеются дефекты: непровар, включение шлака, трещина и пр. Это объясняется образованием в этих местах местных магнитных полюсов, притягивающих частицы магнитного порошка. Магнитным методом можно выявить в стальных изделиях мелкие внутренние трещины, непровары и другие дефекты на глубине до 5—6 мм. Дефекты на большей глубине этим методом не выявляются. Этот метод широкого практического применения не находит.

Институтом ВНИИСТ (бывш. ВНИИстройнефть) разработан и внедрен магнитографический метод контроля сварных швов стальных трубопроводов. Дефекты шва, обнаруженные этим способом, отмечаются (фиксируются) на специальной ферромагнитной пленке подобной применяемой для звукозаписывающих установок Вследствие неоднородности металла шва в месте расположения дефекта магнитная проницаемость его изменяется, поэтому меняется и степень намагничивания пленки на этом участке. Наличие дефекта, например трещины, увеличивает остаточную намагниченность пленки. Если пленку пропустить затем через аппарат для воспроизведения магнитной звукозаписи, а получаемые импульсы передавать на осциллограф[2], 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. Им широко пользуются при контроле стыков трубопроводов, свариваемых в полевых условиях. На рис. 181 схематически показан способ контроля магнитографическим методом, а на рис. 182 — форма кривых, получаемых на экране осциллографа при различных дефектах шва.

Контроль с помощью электронно-оптического преобразователя. Схема устройства электронно-оптического преобразователя показана на рис. 183. 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 флуоресцентный экран 5 нанесен фотокатод 4. Свечение экрана освобождает электроны фотокатода, число которых в каждой его точке будет пропорционально яркости свечения экрана и интенсивности лучей, прошедших через шов. Освобожденные электроны ускоряются высоким напряжением от внешнего источника питания и попадают на анод—флуоресцентный экран 5, вызывая его свечение, яркостью в 1000 раз большей, чем экрана 3. 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.

вверх страницы