Какие методы контроля сварных швов существуют и как их используют?

Каждый сварщик знает, что сварные конструкции имеют эксплуатационные свойства, которые определяются качеством сварных швов.

Для получения надежной и прочной конструкции необходимо сделать качественный шов.

Недостаточное качество выполнения сварного шва вызывает быстрое разрушение сварных швов, а при недостаточной плотности будет нарушена их герметичность. Процесс разрушения ускоряется при использовании конструкции в условиях высокого уровня давления.

Цель проведения контроля сварного шва

Перед отправкой сварного готового изделия на последующую проверку обязательно контролируют уровень качества его сварных швов, а это помогает выявлять не только наружные недостатки, но и скрытые, с целью их устранения. Применяется сварная конструкция только после тщательного контроля.

После сварки необходимо тщательно осмотреть шов на наличие трещин и непроваров.

На первом этапе изделие подвергают внешнему осмотру и выявляют различные недостатки сварных швов, включая наличие трещин и непроваров. Обнаружение данных дефектов доступно и при невооруженном взгляде, а остальные типы недостатков определяются за счет применения специального оборудования.

Различают контроль сварных швов, который относят к разрушающим типам и неразрушающим. К последним видам относится не только один способ внешнего осмотра, но и следующие виды контроля швов:

1. Капиллярный.
2. Ультразвуковой.
3. Радиационный.
4. Магнитный.
5. На проницаемость.

Применение неразрушающих способов контроля не связано с изменением внешнего вида самого изделия. Разрушающие методы применяют, когда проверяют выпуск сварных деталей в достаточном количестве с использованием постоянного типа сварки и одинаковых условий.

Проверка и испытания сварных швов: методы контроля

Факторы, влияющие на качество сварных швов.

Сварные швы можно контролировать различными способами, для чего предусмотрена их классификация, которая включает следующие методы, используемые при проведении контроля:

1. Химические.
2. Механические.
3. Физические.
4. Внешний осмотр.

Если подробно рассматривать каждый из них, то одним из распространенных и доступных является внешний осмотр, который не связан с какими-либо материальными затратами. Применение любых сварных соединений подвергается данному методу контроля независимо от процесса проведения дальнейших операций, сопровождаемых другими способами контроля швов.

Проводить внешний осмотр можно с выявлением практически всех типов дефектов сварных швов. Данный метод контроля связан с выявлением непроваров, подрезов, наплывов либо других дефектов, которые являются доступными для обозрения. Для осуществления внешнего осмотра можно применять лупу, которая увеличивает в 10 раз.

В условиях внешнего осмотра наблюдение может быть не только визуальным, но и связанным с обмером сварного шва, проведением замеров кромок, которые заранее подготовлены. Процесс массового выпуска сварных изделий связан с использованием специальных шаблонов, которые позволяют максимально точно делать замеры каждого параметра сварного шва.

Физические методы контроля

Применение магнитного метода сварочных швов

Схема магнитного метода контроля качества сварного шва.

Обнаружение дефектов в процессе осуществления магнитного контроля основано на такой способности магнитного поля, как его рассеивание. С этой целью необходимо подключение электромагнитного сердечника с последующим помещением его в соленоид. Намагниченное соединение должно иметь поверхность, предварительно покрытую железными опилками, окалиной и др. Должны быть использованы такие элементы, которые реагируют на появление магнитных полей.

Если сварной шов имеет дефекты, то происходит образование скоплений порошка, который при взаимодействии с магнитным полем начинает перемещаться с образованием магнитного направленного спектра. Для более легкого перемещения порошка под влиянием магнитных полей сварные изделия простукивают, что придает наибольшую подвижность мелким крупинкам и зернам.

Фиксацию магнитного поля рассеивания осуществляют с использованием специального прибора, то есть магнитографического дефектоскопа. Определить качество соединения можно с помощью метода сравнения с эталоном. Данный метод является простым и надежным, а также дешевым. Магнитный метод контроля сварочных швов незаменим в процессе прокладки трубопроводов, которые играют ответственную роль. Его часто используют во время строительства.

Радиационный способ контроля и ультразвуковой метод

Схема радиографического контроля: 1—источник излучения; 2—прямой пучок; 3—сварной шов; 4—кассета с детектором и экранами; 5—эпюра интенсивности излучения.

Радиационный способ контроля связан с определением недочетов в любой полости сварных швов, которые являются невидимыми. Просвечивают швы с применением рентгеновских лучей или с помощью гамма-излучения, которое способно проникать через металлическую структуру изделия.

Излучение создается за счет специальных источников, рентгеновской либо гамма-установки. Шов и источник излучения должны находиться друг перед другом. Расположение рентгеновской пленки связано с ее установкой в специальную кассету, которая является светонепроницаемой. При облучении пленки рентгеновским излучением, проходящим через структуру металла, остаются пятна, которые являются более темными. Это связано с наименьшим поглощением лучей дефектными местами.

Использование метода рентгеновского излучения является безопасным для здоровья человека, но источник излучения, то есть рентгеновский аппарат, является слишком громоздким. Используют его исключительно в условиях стационара. Интенсивность работы источника гамма-излучения бывает значительной, что позволяет контролировать сварные швы, которым свойственна наибольшая толщина. Портативная аппаратура и доступность дешевого метода делает данный тип контроля наиболее распространенным в строительстве.

Гамма-излучение более опасно, чем рентгеновское, что обусловлено прохождением специального обучения. Применение радиографического метода контроля имеет недостаток, связанный с отсутствием возможности выявлять наличие трещин, которые располагаются не в соответствии с направлением потока лучей.

Схема ультразвукового контроля сварных швов.

Использование ультразвукового метода связано с применением акустического способа контроля. Это позволяет выявлять различные недочеты, то есть газовые поры и трещины, включая такие дефекты, ради определения которых не применяется способ радиационной дефектоскопии.

Ультразвуковым методом проводят испытания, связанные с отражением звуковой волны от границы разделения сред. Использование пьезоэлектрического способа при создании звуковой волны получило широкое распространение в качестве способа контроля сварного шва. В основе данного метода лежит принцип создания механического колебания в результате наложения переменного электрического поля.

Проверка при разрушающем контроле

Условия проведения механического способа контроля

Схема дефектов сварных швов.

Механическое разрушение изделий в процессе испытаний металлографическим методом необходимо для выявления характеристик сварных швов.

Объектом проводимых испытаний являются образцы со сварными швами, которые вырезают из сварных швов специально сваренных контрольных образцов соединений. Они представляют собой пробы, выполненные на основе соответствующих требований к технологическому уровню сварки изделий в специальных условиях. Требуется взять образцы, имеющие соответствующую форму и определенный размер.

Основная цель проведения контрольных проверок – это анализ и оценка:

• прочности сварного шва;
• качественного состояния металла;
• верного выбора технологии;
• квалификационного уровня рабочего-сварщика.

Сопоставить характеристики сварных швов можно со свойствами металла. При неудовлетворительных результатах соответствие итогов для заданного уровня не отмечается. Проведение механического испытания осуществляется на основе ГОСТа 6996-66, где указаны соответствующие виды проведения контрольных испытаний сварных металлических швов на:

Параметры для контроля качества сварного шва.

1. Различных отдельных участках и в целом.
2. Предмет статического растяжения и изгиба.
3. Характер ударного изгиба.
4. Уровень стойкости в условиях старения.
5. Результат измерения характеристик твердости.

Проведение контрольных испытаний для выявления статистического растяжения связано с определением уровня прочности сварного шва. Определение статистического изгиба предполагает изучение свойств пластичности сварного шва. Испытания, связанные с обнаружением дефектов, проводятся до начала образования первых недочетов в области растянутой зоны с учетом угла изгиба.

Испытания на выявление статистического изгиба производят с использованием технологических образцов, взятых из узлов, имеющих поперечный или продольный шов. При проведении контроля на предмет ударного изгиба и разрыва определяется ударная вязкость сварного шва. По его выявленной твердости исследуется каждое из структурных изменений металла, значения степени его подкалки после сварочных работ и при последующем охлаждении.

Применение макро- и микроструктурных методов контроля

Схема микроструктуры сварного шва.

Исследование металлов, которое проводят на основе макро- и микроструктурного метода, включает не только процесс выявления присутствия дефектов определенного характера, но и определение качества сварного соединения.

Макроструктурный метод предполагает изучение макрошлифов, присутствующих в металле изломов, которые определяются с использованием лупы либо визуальным осмотром. Проведение макроисследований определяет характер каждого дефекта, его расположение, если они являются видимыми в различных зонах сварных швов.

Микроструктурный анализ связан с анализом структуры металлов. В процессе исследования возможно визуальное увеличение в 50-2000 раз, если используется оптический микроскоп. Проведение микроисследования связано с определением количества металла, обнаружением его пережогов, наличия оксидов в его структуре, засоренности сварных швов, наличия неметаллических включений. Это дает возможность изучать зерна металла, определяя их размер, исследовать изменения в составе металла. Возможно обнаружение микроскопических пор, трещин, иных дефектов, которые заполняют сварные швы.

Использование соответствующей методики, позволяющей изготавливать шлифы при металлографических исследованиях, связано с подготовкой образцов для контроля путем их вырезки из основного изделия. Проведение металлографического анализа связано с дополнительным использованием химических методов.

Металлографические исследования сварного шва.

Проведение испытаний позволяет получить соответствующие характеристики сварных швов, которые учитывают соответствующие условия применения сварных металлических конструкций. Процесс контроля связан с выявлением коррозионной стойкости изделий, функционирующих в агрессивных средах.

Все соответствующие методы контроля применяются в процессе разрушения конструкций. Протекание этих испытаний основано на способности конструкции к выдерживанию заданной расчетной нагрузки и определении разрушающих нагрузок, имеющих определенный запас прочности.

Проводя испытания разрушаемых конструкций, следят за состоянием схемы разрушения, которая должна быть сопоставлена с условиями работы конструкции. Количество изделий, подвергаемое испытаниям, должно соответствовать установленным техническим условиям, что определяется существующей организацией производственного процесса.

Метод неразрушающего контроля сварных швов

Контроль, являющийся неразрушающими, связан не только с проведением внешнего осмотра, включая исследование непроницаемости швов. Он позволяет обнаружить дефекты на поверхности, которые могут быть внутренними и скрытыми.

Обмер, связанный с проведением внешнего осмотра сварного шва, можно считать распространенным по причине его простоты. Приемка любых сварных готовых узлов осуществляется после проведения первых операций по контролю.

Контроль непроницаемости сварного шва предполагает соответствие стандартам изделий в плане герметичности, то есть непроницаемости, с учетом используемых газов и жидкостей.

Схема контроля герметичности с помощью вакуумной камеры.

Контроль изделий и узлов производится, когда они уже являются полностью готовыми.

Если внешний осмотр показал наличие каких-либо дефектов, то их требуется устранить перед началом осуществления испытаний. Контроль герметичности сварных швов осуществляется с использованием таких методов, как:

1. Капиллярный (керосин).
2. Химический (аммиак).
3. Пузырьковый (гидравлическое или воздушное давление).
4. Вакуумирование.

Остановимся подробнее на данных способах контроля.

Капиллярное исследование

Применение капиллярного метода основано на определенном свойстве жидкостей, связанном с возможностью проникновения через капилляры, представляющие собой микроскопические трещины, в структуру металлов. Капиллярный метод связан с активностью жидкости в капиллярах. Жидкость способна втягиваться, проникая в капилляры. Применение определенных из них (керосина) позволяет обнаружить наличие сквозных дефектов сварных швов.

Таблица для капиллярного контроля сварных швов.

Использование капиллярного контроля связано с осуществлением проверки любых сварных изделий без учета их форм, размеров и материалов, из которого они сделаны. Данный метод является более подходящим при обнаружении различных недостатков на поверхности швов. Недостатки являются невидимыми, поэтому их нельзя обнаружить простым невооруженным глазом, а также с лупой.

Испытать сварные швы на плотность на основе капиллярного способа позволяют специальные вещества, которые носят название пенетранты. Проникая в структуру исследуемых материалов с дефектами на поверхности сварного соединения, они окрашивают их в яркий цвет, позволяющий быстрее увидеть трещину.

При высоком уровне смачиваемости жидкости и наименьшем радиусе капилляра происходит увеличение глубины и скорости проникновения жидкости. В результате применения капиллярного метода можно обнаружить не только невидимые или слабовидимые дефекты с открытой полостью. Вместе с тем данный способ позволяет выявлять и сквозные виды дефектов, если в процессе их обнаружения использовать керосин.

Химический контроль и его применение

Для контроля качества сварных швов химическим методом используют раствор мела в воде.

Для покрытия сварных швов используется раствор мела в воде, которым обрабатывается доступная сторона шва, что позволяет провести тщательный осмотр и выявить все дефекты. После высушивания окрашенной поверхности шов следует обильно смочить керосином. Если швы неплотные, то это выявляется при наличии покрытия мелом и следов керосина на нем.

Контроль за счет аммиака проводится при наличии индикаторов, способных менять свою окраску при наличии щелочной среды, оказывающей воздействие на него. Реагентом в данном процессе выступает газ аммиак, который используют для контроля.

Проводя испытания, с одной стороны шва укладывают ленту из бумаги, которая смочена в 5%-тном растворе специального индикатора. На противоположной стороне шва проводится обработка соединения за счет смеси газообразного аммиака и воздуха. При проникновении аммиака через неплотные сварные швы происходит его окрашивание в местах наличия дефектов.

Методы контроля гидравлического и воздушного давления

Контроль воздушным давлением проводится при проверке на основе анализа герметичности сварных швов. Для этого их погружают полностью в ванну, наполненную водой. Далее в нее осуществляется подача сжатого воздуха с учетом уровня давления, которое превышает рабочее на 10-20%.

Если конструкции являются крупногабаритными, то их покрывают пенными индикаторами после того, как осуществлена подача внутреннего давления по сварному шву. В качестве пенного индикатора может выступать мыльный раствор. Если в сварных швах есть различные неплотности, то начинают появляться пузырьки воздуха. Испытание за счет сжатого воздуха либо газа должно сопровождаться соблюдением правил требуемой безопасности.

Прочность и плотность изделий проверяют путем контроля при наличии гидравлического давления. Предварительно швы полностью герметизируют с использованием водонепроницаемых заглушек. Просушку воздушных швов осуществляют за счет воздушного обдува. После этого следует заполнить изделие в условиях избыточного давления водой, что в 1,5-2 раза превышает уровень рабочего давления. Далее следует выдержать требуемый период. Там, где проявляется течь, можно обнаружить дефекты.

Вакуумный контроль связан с проведением испытания сварного шва, который не поддается испытанию с использованием керосина, воды или воздуха. В процессе проведения испытаний шов регистрируется на предмет проникновения воздуха через недочеты сварного шва. Регистрацию производят на одном и том же участке шва с одной и той же стороны изделия, где создается вакуум.