Какие методы включает разрушающий контроль сварных …

Методы разрушающего контроля сварных соединений. Механические и металлографические исследования

Разрушающий контроль – исследование качества сварного соединения по воздействию на материал, при котором происходит разрушение контрольного образца. Испытания чаще всего проводят на образцах-свидетелях, сваренных из того же материала, как у изделия, и по такой же технологии.

Результатом проведения разрушающего контроля является получение числовых данных, характеризующих прочность и надежность сварного соединения. Разрушающий контроль регламентируется государственными нормативами и подразделяется на виды контроля.

Методы контроля

Разрушающие исследования включают методы испытания сварных образцов:

• механические;
• металлографические;
• коррозионные.

Механические испытания

Контроль предназначен для определения механических свойств материалов. Цель – проверка соответствия механических качеств конструкции запросам технических условий или проекта. Для проведения эксперимента из изделия вырезают контрольный образец или вместе с основной конструкцией сваривают контрольную пластину.

Механические испытания сварных соединений, согласно ГОСТ 6996-66, включают проверку:

• на растяжение;
• ударный изгиб.

Контроль также предусматривает определение твердости металла различных участков сварного шва и исследование соединения на стойкость против механического старения.

По характеру приложения нагрузки механические испытания разделяют на виды:

• статические — для них характерна малая скорость деформации контрольного образца в результате воздействия статической нагрузки (растяжение, сжатие);
• динамические – проверка воздействия на испытуемый предмет нагрузки, изменяемой с большой скоростью (ударный изгиб);
• на усталость – выявление способности металла сопротивляться воздействию много раз повторяющихся переменных нагрузок, изменяющихся по направлению, времени и величине (изгиб, растяжение, кручение).

Статическое растяжение

Испытание проводится способом растяжения (разрыва) образцов и заключается в определении следующих механических свойств исследуемого материала:

• пределов пропорциональности, текучести и упругости;
• предела прочности (временного сопротивления);
• истинного сопротивления разрыву;
• относительных удлинения и сужения после разрыва.

Работа выполняется на специальных машинах, оборудованных приборами автоматической записи диаграммы растяжения. Проверяют образцы прямоугольного или круглого сечения (диаметр 3-10 мм).

Ударный изгиб

Для проведения испытаний применяют прямоугольные или квадратные образцы с односторонним надрезом. Надрез в зависимости от назначения контрольного эксперимента может располагаться:

• на линии сплавления;
• в зоне термического влияния;
• на оси сварного шва.

Цель испытания – определение ударной вязкости исследуемого металла при заданной температуре в зоне соединения.

Ударная вязкость надрезанного образца определяется отношением работы, затраченной на излом контрольного элемента (в Дж), к площади его поперечного сечения в зоне надреза до проведения испытания (в м 2 ).

После проведения испытания выполняется исследование структуры излома. Цель – определение наличия дефектов сварного шва и степени кристалличности на изломе.

Металлографические исследования

Цель – определение структуры материала сварного соединения. Исследованием устанавливают:

• правильность выбора всех факторов, влияющих на качество сварного шва;
• дефекты шва и причины их возникновения.

Металлографический анализ включает макроструктурное и микроструктурное исследования материала сварного шва.

Макроструктурный метод

Служит для предварительной оценки качества сварного соединения. Макроструктуру шва на поверхности образца (шлифе и изломе сварного шва) можно наблюдать визуально или при двадцатикратном увеличении. Вырезанные темплеты для шлифов шлифуют и травят реактивами, подбираемыми в зависимости от типа металла и цели исследования.

• строение, размеры и форму шва;
• наличие дефектов (трещины, непровары, газовые поры, шлаковые включения, усадочные рыхлости).

Макроструктуру материала также изучают по излому, внешний вид которого говорит о характере разрушения металла. Излом крупнозернистый с характерным блеском указывает на хрупкость металла. Серый волокнистый излом, имеющий матовую поверхность, свидетельствует о хорошей пластичности материала.

Микроструктурный метод

Предполагает исследование микроструктуры металла – строения металла, видимого под микроскопом. Анализ проводят на шлифах с отполированной и отшлифованной до блеска поверхностью, протравленной специальными растворами.

Исследование проводится с применением оптического микроскопа при увеличениях от 50 до 2000 раз. Микроструктурным методом устанавливаются:

• качество обработки шлифа;
• наличие газовых пор и окисных пленок;
• наличие микротрещин;
• степень загрязнения металла сварного шва неметаллическими включениями.

Неметаллические включения могут быть разной формы и проявляются на белом фоне шлифа темными пятнами. Микротрещины выглядят тонкими извилистыми кривыми. Газовые поры – черными пятнами.

Методы контроля качества сварных соединений

Под контролем качества сварки подразумеваются проверка условий и порядок выполнения сварочных работ, а также определение качества выполненных сварных соединений в соответствии с техническими требованиями.

В сварочном производстве применяют следующие виды контроля: входной (предупредительный), текущий (пооперационный) и приемочный (выходной) готовых изделий и узлов.

Цель входного контроля – уменьшить вероятность возникновениябрака при выполнении сварочных работ (контроль документации, качества исходных и сварочных материалов, квалификации сварщиков и т. д.).

Текущий контроль осуществляется в процессе сборочно-сварочных работ.

Приемочный, или выходной контроль, осуществляется для выявления наружных и внутренних дефектов сварки.

Различают разрушающие и неразрушающие методы контроля качества сварных соединений.

Разрушающие методы контроля качества сварных соединений

Разрушающие испытания проводят на образцах-свидетелях, моделях и реже на самих изделиях для получения информации, прямо характеризующей прочность, качество или надежность соединений. К их числу относятся: механические испытания, металлографические исследования, химический анализ и специальные испытания. Эти методы применяют главным образом при разработке технологии изготовления металлических конструкций или для выборочного контроля готовой продукции.

Механические испытания предусматривают статические испытания различных участков сварного соединения на растяжение, изгиб, твердость и динамические испытания на ударный изгиб и усталостную прочность.

Металлографические исследования проводят для установления структуры металла сварного соединения и наличия дефектов.

При макроструктурном методе определяют характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений путем изучения макрошлифов и изломов металла невооруженным глазом или с помощью лупы.

При микроструктурном анализе исследуют структуру металла на полированных и травленных реактивами шлифах при увеличении в 50. 2000 раз. Такие исследования позволяют обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, сульфидных и оксидных включений, размеры зерна, микроскопические трещины и другие дефекты структуры.

Химический анализ позволяет установить состав основного и наплавленного металла, электродов и их соответствие ТУ на изготовление сварного соединения.

Специальные испытания проводят для получения характеристик сварных соединений, учитывающих условия эксплуатации (коррозионная стойкость, ползучесть металла при воздействии повышенных температур и др.).

Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений

При неразрушающих испытаниях оценивают те или иные физические свойства, косвенно характеризующие прочность или надежность сварного соединения. Неразрушающие методы (ими проверяется более 80 % сварных соединений) применяют, как правило, после изготовления изделия для обнаружения в нем дефектов. К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относятся: внешний осмотр, радиационный, ультразвуковой и магнитный контроль, контроль на непроницаемость и ряд других методов, имеющих ограниченное применение.

Внешнему осмотру подвергается 100 % сварных соединений. Осмотр выполняют невооруженным глазом или с помощью лупы, используя шаблоны и мерительный инструмент. При этом проверяются геометрические размеры швов, наличие подрезов, трещин, непроваров, кратеров и других наружных дефектов.

Контролю на непроницаемость подвергают трубопроводы и емкости, предназначенные для транспортирования и хранения газов и жидкостей и, как правило, работающие при избыточном давлении.

Пневматические испытания основаны на создании с одной стороны шва избыточного давления воздуха (10. 20 кПа) и промазывании другой стороны шва мыльной пеной, образующей пузыри под действием проникающего через неплотности сжатого воздуха. Негерметичность можно также оценить по падению давления воздуха в емкости, снабженной манометром.

Вид гидравлического испытания зависит от конструкции изделия. Налив воды применяют для испытания на прочность и плотность вертикальных резервуаров, газгольдеров и других сосудов с толщиной стенки не более 10 мм. Воду наливают на полную высоту сосуда и выдерживают не менее 2 ч. Поливу из шланга с брандспойтом под давлением не ниже 0,1 МПа подвергают сварные швы открытых сосудов. При испытании с дополнительным гидростатическим давлением последнее создают в наполненном водой и закрытом сосуде с помощью гидравлического насоса. Величину давления определяют по техническим условиям и правилам Котлонадзора. Дефектные места устанавливают по наличию капель, струек воды и отпотеваний.

Внутренние дефекты сварных соединений выявляют просвечиванием рентгеновскими лучами (толщина металла до 60 мм (рис. 1)), или гамма-лучами (толщина металла до 300 мм (рис. 2)). Выявление дефектов основано на различном поглощении рентгеновского или гамма-излучения участками металла с дефектами и без них. Результаты фиксируются на пленке или выводятся на специальный экран. Размеры выявляемых дефектов: при рентгенографии – 1. 3 % от толщины металла, при радиографии – 2. 4 %.

Рис. 1. Рентгенографический контроль сварных соединений: 1 – рентгеновская трубка; 2 – сварное соединение; 3 – кассета; 4 – пленка

При оценке качества швов рекомендуется иметь эталонные снимки характерных дефектов для разных толщин металла. Альбомы эталонных снимков утверждаются инспекцией Ростехнадзора и являются неотъемлемой частью ТУ на приемку изделий.

Рис. 2. Схема просвечивания гамма-лучами: 1 – затвор; 2 – свинцовая капсула; 3 – капсула с веществом; 4 – сварное соединение; 5 – кассета с пленкой

Магнитографический контроль основан на обнаружении полей рассеивания, образующихся в местах расположения дефектов при намагничивании контролируемых сварных соединений (рис. 3). Поля рассеивания фиксируются на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности шва. Запись производят на дефектоскопе. Магнитографический контроль можно применять только для проверки сварных соединений металлов и сплавов небольшой толщины, обладающих ферромагнитными свойствами. Выявляют поверхностные и подповерхностные макротрещины, непровары, поры и шлаковые включения глубиной 2. 7 % на металле толщиной 4. 12 мм. Менее четко обнаруживаются поры округлой формы, широкие непровары (2,5. 3 мм), поперечные трещины, направление которых совпадает с направлением магнитного потока.

Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых колебаний (механические колебания частотой 16. 25 МГц) отражаться от поверхности, разделяющей среды с разными акустическими свойствами. Для получения ультразвуковых колебаний используют свойство титаната бария, кристаллов кварца и некоторых других веществ преобразовывать электрические колебания в механические и наоборот (обратный и прямой пьезоэффекты).

Рис. 3. Схема прохождения магнитного потока в сварном соединении: а – при отсутствии дефекта; б – при наличии дефекта; 1 – поле магнитного рассеяния; 2 – дефекты шва

Ультразвуковой контроль имеет определенные преимущества перед радиационными методами: высокую чувствительность (площадь обнаруживаемого дефекта 0,2. 2,5 мм² при толщине металла до 10 мм и 2. 15 мм² при больших толщинах), возможность контроля при одностороннем доступе к шву, высокую производительность, возможность определения точных координат залегания дефекта, мобильность аппаратуры.

Основным методом УЗ-контроля является эхо-метод. Этим методом контролируют около 90 % всех сварных соединений толщиной более 4 мм.

На рис. 4 представлена принципиальная схема УЗ-контроля эхоимпульсным методом с совмещенной схемой включения искателя и приемника. Импульсный генератор 1 формирует короткие электрические импульсы с длинными паузами. Искатель 5 преобразует эти импульсы в ультразвуковые колебания. При встрече с дефектом волны от него отражаются, снова попадают на искатель и преобразуются в электрические колебания, поступающие на усилитель 2 и дальше на экран прибора 3. Зондирующий импульс генератора 6 размещается в начале развертки, импульс от донной поверхности 8 – в конце развертки, а импульс от дефекта 7 – между ними. В процессе контроля сварного соединения искатель перемещается зигзагообразно по основному металлу вдоль шва 4. Для обеспечения акустического контакта поверхность изделия в месте контроля обильно смазывают маслом (например, компрессорным).

К недостаткам метода следует отнести прежде всего низкую помехоустойчивость к наружным отражателям, резкую зависимость амплитуды сигнала от ориентации дефекта.

Рис. 4. Ультразвуковой контроль сварных соединений: 1 – генератор; 2 – усилитель; 3 – экран прибора; 4 – сварной шов; 5 – искательприемник; 6 – начальный импульс; 7 – импульс от дефекта; 8 – импульс от донной поверхности

Люминесцентная и цветная дефектоскопия относятся к методам капиллярной дефектоскопии. Контролируемую поверхность покрывают слоем флюоресцирующего раствора или ярко-красной проникающей жидкости. Затем раствор или жидкость удаляют, а поверхность облучают ультрафиолетовым светом (люминесцентный метод) или покрывают белой проявляющей краской (цветная дефектоскопия). В первом случае дефекты начинают светиться, а во втором – проявляются на фоне белой краски. С помощью этих методов выявляют поверхностные дефекты, главным образом трещины, в том числе в сварных соединениях из немагнитных сталей, цветных металлов и сплавов.

В каждом конкретном случае способ и объемы контроля качества сварного соединения выбираются в зависимости от назначения и степени ответственности конструкции в соответствии с отраслевыми нормативными документами, специальными техническими условиями или проектом.

Разрушающий контроль сварных соединений

Современное сварочное производство опирается не только на неразрушающие методы контроля, но и на контроль с разрушением. К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.

Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.

К механическим испытаниям относят:

испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение;

ударный изгиб (на надрезанных образцах);

на стойкость против механического старения;

измерение твердости металла на различных участках сварного соединения. Есть несколько методов определения твердости металла: по Виккерсу, когда в поверхность вдавливается четырехгранная алмазная пирамидка под действием нагрузки в 5, 10, 20, 30, 50 и 100 кгс. Затем отпечаток измеряют по диагоналям квадрата, и по таблице определяют число твердости. Машины для определения твердости – твердомеры. Например ИТ 5010 – машина для определения твердости по Виккерсу. При исследовании твердости по методу Роквелла, образец плавно нагружают до 98 Н (10 кгс). Затем дается дополнительная нагрузка до максимального значения 490 Н (50 кгс) – 1373 Н (140 кгс). После его достижения на шкале индикатора прибора отображается количество единиц твердости образца.

Разрушающий контроль– это совокупность таких видов контроля, которые требуют отбора проб или вырезки образцов непосредственно из материала объекта, при этом сам объект остается неработоспособным до восстановления мест отбора проб (образцов). К разрушающим видам контроля относятся:

· лабораторный химический анализ материала объекта (требует насверловки определенного объема стружки);

· металлография (исследование структуры металла объекта; требует вырезки шлифов);

· лабораторные механические испытания материала объекта на растяжение, сжатие, изгиб, ударную вязкость (требует вырезки специальных образцов – темплетов).

Повреждающий контроль– это совокупность таких видов контроля, которые производятся непосредственно на объекте, при этом сам объект сохраняет работоспособность, но в местах контроля остаются не препятствующие эксплуатации неустранимые следы. К повреждающим видам контроля, в частности, относятся:

· измерение твердости (твердометрия) вдавливанием специальных инденторов (шарики, алмазные наконечники), при котором на поверхности объекта остается вмятина);

· стилоскопирование (оценка марки стали по составу оптического спектра вольтовой дуги, создаваемой между электродом стилоскопа и поверхностью объекта, на которой остается прижог).

Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие. В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия.

Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений, предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.

Ударный изгиб — испытание, определяющее ударную вязкость сварного соединения. По результатам определения твердости можно судить о прочностных характеристиках, структурных изменениях металла и об устойчивости сварных швов против хрупкого разрушения. В зависимости от технических условий изделие может подвергаться ударному разрыву. Для труб малого диаметра с продольными и поперечными швами проводят испытания на сплющивание. Мерой пластичности служит величина просвета между поджимаемыми поверхностями при появлении первой трещины.

Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.

Макроструктурный анализ определяет расположение видимых дефектов и их характер, а также макрошлифы и изломы металла. Его проводят невооруженным глазом или под лупой с 20-ти кратным увеличением.

Микроструктурный анализ проводится с увеличением в 50-2000 раз с помощью специальных микроскопов. При этом методе можно обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических включений, величину зерен металла и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.

Специальные испытания выполняют для ответственных конструкций. Они учитывают условия эксплуатации и проводятся по методикам, разработанным для данного вида изделий.

Выявленные в процессе контроля дефекты сварки, которые не соответствуют техническим условиям, должны быть устранены, а если это невозможно, изделие бракуют.

У нашей лаборатории есть возможность проведения контроля разрушающими методами.

Разрушающий контроль сварных швов

Разрушающий метод контроля сварных швов

Испытания на разрушающий контроль сварных швов, как следует из названия, включают физическое разрушение готового сварного шва для оценки его прочности и характеристик.

Этот метод тестирования часто используется для следующих объектов

• Аттестации процедуры сварки
• С целью проверка и отбора проб
• Исследовательский осмотр
• Проверка квалификационного испытания сварщика
• Анализ отказов в работе сварного шва

Методы разрушающего испытания сварного шва обычно включают в себя разрезание или разрыв сварного шва и оценку различных механических и физических характеристик.

Давайте ознакомимся с некоторыми методами по разрушению и контролю сварных швов.

Разрушающие метод контроля сварных швов:

Тестирование кислотой сварного шва.

Этот метод требует удаления небольших образцов из сварного соединения. Эти образцы затем полируют в поперечном сечении и травят, используя кислотную смесь, в зависимости от используемого основного материала. Кислотное травление обеспечивает четкое изображение внутренней структуры сварного шва.

Проверка вытравленного образца выявляет глубину проникновения. Также мы получаем доказательства (если таковые имеются) об отсутствия полного сваривания, недостаточного проникновения корней, внутренней пористости и растрескивания. Они определяются на линии слияния (которая является переходом между сварным швом и основным материалом).

Для этого типа контроля необходим денная часть сварного шва, метод травления также успешно применяется в анализе отказов. Такие отказы могут возникнуть из-за проблемы сварки, также этим методом определяется места где появляются трещины.

Испытание на разрыв углового шва.

Этот тип испытаний включает в себя разрыв образца сварного шва, сваренного только, с одной стороны. Образец имеет нагрузку, приложенную к его не сваренной стороне. Испытание происходит, обычно в прессе. Нагрузка на элемент увеличивается до тех пор, пока сварной шов не разрушится. Разрушенный образец затем проверяется на предмет наличия и степень разрыва сварочных швов.

Испытания на разрыв углового сварного шва дают хорошее представление о неоднородностях по всей длине испытуемого сварного шва. Этот тип проверки сварного шва позволяет обнаружить такие элементы, как отсутствие плавления, внутренняя пористость и шлаковые включения в сварной шов.

Хотя испытание на разрыв углового сварного шва часто используется само по себе, оно также может использоваться в сочетании с испытанием на травление, поскольку эти два метода дополняют друг друга, предоставляя информацию о сходных характеристиках, но с разной степенью детализации.

Испытание на поперечное натяжение.

Испытание на поперечное натяжение проверяет конструкционную стойкость, вытягивая образец до разрушения. В испытании определяются характеристики и определяя исследуемой шва.

Управляемый тест на изгиб.

Это метод испытаний, который включает изгиб образца до указанного радиуса изгиба. Различные виды испытаний на изгиб используются для оценки пластичности и прочности сварных соединений. Испытания на управляемый изгиб обычно проводятся поперек оси сварного шва.

Такие испытания проводятся в специальных машинах. Испытания на изгиб поверхности выполняются при растяжении поверхности сварного шва, а испытания на изгиб корня — при растяжении корня сварного шва.

Образцы для испытания на боковой изгиб обычно вырезают из сварного соединения и сгибают с поперечным сечением сварного шва для теста на растяжение.

Направленное испытание на изгиб

Этот метод контроля чаще всего используется в сварочных процедурах и квалификационных испытаниях сварщика. Этот тип испытаний особенно хорош при обнаружении дефектов плавления, которые часто открываются на поверхности сварного шва.