Контроль качества сварных соединений

1. Виды контроля качества сварных соединений

Часто готовые сварные соединения имеют трещины и другие дефекты, не всегда находящиеся на поверхности шва. Для обнаружения дефектов применяются два метода контроля качества швов — разрушающие и неразрушающие.

Разрушающие методы применяются для определения физических свойств сварного соединения. В основном он применяется при оценке квалификации сварщиков. Иногда они находят применение и на производстве, когда из партии готовых изделий одно или несколько разрушаются, и по результатам их проверки делается заключение обо всей партии.

Неразрушающие методы используются для проверки качества швов без их разрушения. С их помощью можно узнать местоположение дефекта, его размер, характер. Этот способ удобнее всего применять, когда сваркой изготавливают ответственные изделия. Группа неразрушающих методов контроля качества включает в себя:

• визуальный метод;
• магнитнопорошковый метод;
• капиллярный метод;
• акустический метод;
• метод ионизированного излучения;
• вихретоковый метод;
• контроль герметичности.

2. Визуальный метод

Это наиболее общий вид проверки. Он включает в себя проверку размеров, формы, местоположения шва. С его помощью обнаруживаются такие дефекты, как выходящие на поверхность трещины, неметаллические включения, подрезы, непровары. Этот метод можно применять только после полного удаления шлака с поверхности шва.

Для проверки формы шва применяются шаблоны. У качественного сварного шва усиление должно совпасть с определенным шаблоном.

Также для проверки применяются увеличительные стекла, миниатюрные телекамеры, нутромеры и линейки.

Каждый сварной шов должен быть проверен сварщиком. Хороший сварщик сразу обнаружит внешние дефекты и впоследствии устранит их.

3. Магнитнопорошковый метод

Магнитнопорошковый метод очень эффективен для обнаружения поверхностных или расположенных близко к поверхности пор и трещин. Он применяется только на материалах, способных намагничиваться. Перед проверкой требуется тщательно очистить поверхность. Используется жидкий аналог магнитного порошка или флюоресцентный магнитный порошок.

Металл подвергается воздействию сильного магнитного поля. На краях трещин и раковин поле концентрируется, что вызывает притягивание порошка. После прекращения действия магнитного поля вокруг каждой трещины или раковины наблюдается концентрация порошка. При применении флюоресцентного порошка для обнаружения концентраций место проверки следует осветить ультрафиолетовым светом.

Так как направление трещин неизвестно, проводят два тестирования. Первый раз линии магнитного поля направляются по возможности перпендикулярно шву, второй раз параллельно.

После обнаружения трещины вскрываются для исправления.

4. Капиллярный метод

Метод применяется для обнаружения поверхностных трещин. Он основан на применении цветных красок. Способ может применяться не только на металле, но и пластмассах, керамике или стекле. Метод не применяется для обнаружения дефектов, не выходящих на поверхность.

Проверка проводится в следующей последовательности:

• проверяемая поверхность очищается;
• поверхность покрывается краской, которая должна проникнуть вовнутрь трещины или раковины;
• через некоторое время краска удаляется;
• поверхность покрывается проявляющей краской. Применяется краска, контрастная по цвету первой;
• через некоторое время, если есть трещины или другие дефекты того же характера, на краске появятся пятна первой краски, которые будут показывать положение дефекта;
• после проверки краска удаляется.

В качестве проникающей краски может быть использована флюоресцентная краска. Для обнаружения ее проникновения через проявляющую краску применяется ультрафиолетовый свет.

Время выдержки проникающей краски на поверхности может варьироваться от 3 до 60 мин. При комнатной температуре краску рекомендуется держать 3—10 мин. На рис. 1 показана поверхность краски при наличии дефекта сварного шва.

Рис. 1. Поверхность краски при наличии дефекта сварного шва

5. Акустический метод

В этом методе для обнаружения местоположения и размера дефектов используются звуковые волны. Он может быть применен практически для любого материала. Ультразвуковая дефектоскопия использует звук высокой частоты более одного мегагерца.

Электронное устройство, названное пьезоэлектрическим преобразователем, помещается на поверхность материала, вглубь которого преобразователь излучает ультразвуковые волны. Для лучшего проникновения волн требуется обеспечить хороший контакт между преобразователем и поверхностью материала.

Волны посылаются внутрь материала через очень малые промежутки времени. Длительность такого промежутка — от одной до трех микросекунд. Посланная волна проходит сквозь материал, отражается от границ материала и трещин, если они попадаются на пути волны. Отраженная волна возвращается обратно в преобразователь. После получения первой волны тут же посылается другая такая же. Этот процесс повторяется примерно 500 000 раз в секунду. Во время проверки преобразователь передвигается по поверхности. Каждая отраженная волна показывается на дисплее. Также на дисплее отображаются сигналы, отраженные от границ материала и от внутренних дефектов. На рис. 2 схематично показан процесс акустической диагностики сварного шва.

Рис. 2. Акустическая диагностика сварного шва

Преимущества акустической диагностики:

• • • быстрота, дает немедленные результаты;
    • может быть использована на различных материалах;
    • не требуется доступа к обоим сторонам шва. Недостатки:
    • требуется хороший контакт преобразователя с поверхностью;
    • трудно увидеть дефекты, параллельные звуковому лучу;
    • требуется специальный навык для правильной интерпретации данных на дисплее;
    • оборудование требует регулярной настройки.
    1. Вихретоковый метод

В вихретоковом методе используется катушка индуктивности, подключенная к генератору переменного тока с регулируемой частотой. Переменное магнитное поле катушки индуцирует переменные микротоки. Эти токи и являются вихревыми.

В процессе проверки катушка, настроенная на определенное значение полного сопротивления (значение полного сопротивления можно видеть на осциллоскопе) перемещается по поверхности детали. Если внутри материала детали есть дефекты, то происходит изменение вихревых токов. Это приводит к изменению полного сопротивления спирали катушки, что отображается на осцилоскопе.

Методом вихревых токов можно обнаружить дефекты, залегающие у поверхности. Глубина исследования зависит от частоты переменного тока и обычно не превышает 3 мм. Метод применяется для исследования как плоских поверхностей, так и круглых (например, труб). Кроме трещин и раковин таким способом можно обнаружить и различные вредные включения.

6. Метод ионизированного излучения

Внутренние дефекты могут быть обнаружены с помощью ионизированного излучения. Частный случай метода ионизированного излучения — контроль с помощью рентгеновского излучения. Рентгеновское излучение — это поток энергии, способный проникнуть сквозь многие материалы и воспроизвести их внутреннее состояние на фотопленке или на экране монитора.

Источником ионизированного излучения в природе являются радиоактивные изотопы. Некоторые изотопы могут использоваться в приборах для создания рентгеновских лучей, но их применение небезопасно для человека.

Рентгеновские снимки используются для исследования ответственных соединений, например на атомных электростанциях, трубопроводах, кораблях, подводных лодках, самолетах.

Данным способом можно контролировать различные материалы при их различной толщине. Чем больше толщина, тем больше энергии и времени требуется на просвечивание.

Рис. 3. Рентгенограмма сварного шва

По фронтальному рентгеновскому снимку можно определить местоположение и размеры трещины, но не глубину ее залегания. При обнаружении трещины производится еще один снимок под некоторым углом, что помогает определить точное положение трещины относительно поверхности детали. На рис. 3 показана рентгенограмма сварного шва.

7. Контроль герметичности

Герметичность любого сосуда проверяется по отсутствию утечки. Это наиболее общий метод проверки сварных швов на резервуарах и трубах, используемых для хранения неядовитых жидкостей или газов под давлением. Для этих целей наиболее подходит по свойствам диоксид углерода (углекислый газ). Он не ядовит и взрывоопасен. В проверяемом сосуде или трубе создается небольшое давление (170—690 кПа) от пневмокомпрессора, а вся поверхность шва покрывается раствором воды и мыла. Утечка обнаруживается по появлению пузырей. По завершению закачки газа записываются показания манометра, подача газа прекращается. Через сутки снова проверяют показания манометра. Падение давления будет сигнализировать об утечке. Это довольно простой способ проверки.

При другом способе контроля герметичности сварных швов поверхность сосуда покрывается известью. После того как известь высохнет, в сосуде создается давление. По осыпавшейся извести можно определить места утечки. Данным способом возможно испытывать конструкции и на утечку жидкости. Тогда в сосуде создается гидростатическое давление. Наиболее часто применяется вода, тем не менее, она не просачивается через очень маленькие трещины.

Для проверки на наличие мельчайших микроскопических утечек применяется метод гелиевого течеискания. Сосуд наполняется гелием, а на исследуемую область устанавливается датчик масс-спектрометра. Этот прибор способен обнаружить одну частицу применяемого для обследования газа в миллионе частиц воздуха.