Классификация известных методов исследований и испытаний.
В металловедении используются разнообразные методы исследований и испытаний, необходимые для получения достаточно полной и надежной информации о свойствах сварных соединений металлов и неметаллов и об изменении их в зависимости от химического состава, структуры и обработки. Эти многочисленные и отличающиеся между собой методы исследования можно распределить на две группы:
1. Методы, которые позволяют определять строение и превращения, протекающие в материалах и изменяющие их строение:
· структурные методы, позволяющие непосредственно наблюдать или определять строение материалов (макро- и микроанализ, рентгеновские исследования);
· методы, которые основаны на существовании связи между строением и свойствами материалов и позволяют косвенно, но достаточно надежно судить о превращениях, протекающих в металлах (термический анализ, дилатометрический анализ, измерение электросопротивления) и др.
2. Методы, которые позволяют непосредственно определять свойства материалов, требуемые в тех или иных условиях эксплуатации и прежде всего механические, а также физические и химические.
Макроскопический анализ и обнаружение дефектов сварных швов. Микроскопический анализ.
Макроскопический анализ позволяет определять строение металла – макроструктуру – сварных соединений невооруженным глазом или через лупу при небольших увеличениях (до 30 раз или в 30-40 раз).
Исследуемая поверхность подвергается предварительной подготовке, которая заключается в шлифовании, и травлении специальными реактивами. На шлифованной поверхности не должно быть загрязнений, следов масла и т.п. Шлифованный и протравленный называют макрошлифом; если макрошлиф изготовлен в поперечном сечении детали, то он называется темплетом.
Макроанализ излома позволяет установить многие особенности строения, а также причины хрупкого или вязкого разрушения. Излом может быть разным по форме, виду и способности к отражению света и различается в зависимости от состава свариваемых металлов, их строения, отдельных дефектов, напряженного состояния.
Существует несколько способов макроанализа, которые различаются по задачам, поставленным при исследовании сварных соединений и наплавленного металла. Наиболее важным является выявление дефектов сварных соединений. Макроанализ выявляет как наружные, так и внутренние дефекты, а также дефекты, связанные с термическими и гидродинамическими явлениями при сварке Дефекты сварных швов и наплавленного металла: поры; неметаллические включения; горячие трещины,; холодные трещины, свищи; непровары; наплывы; подрезы; вогнутость корня; неравномерность сечения шва; несплавление, ликвация, т.е. химическая неоднородность сварного шва или наплавленного металла.
Таким образом, макроанализ позволяет выявить: дефекты сварных соединений, первичную кристаллизацию металла шва, неоднородность сварного шва и наплавленного металла, ликвацию различных элементов, зону сплавления и термического влияния в сварных швах.
Микроскопический анализ (микроанализ) – применяется для определения формы и размеров зерен, из которых состоит металл или сплав; изменений внутреннего строения сплавов, происходящих под влиянием различных режимов обработки; выявления микропороков металла – микротрещин, микропор и т.п.; обнаружение неметаллических включений – сульфидов, окислов и др.
Для микроанализа вырезается небольшой образец, одну из плоскостей которого шлифуется, полируется и травится. Подготовленная для дальнейшего исследования под микроскопом поверхность образца называется микрошлифом.
Для исследования структуры металлов и сплавов применяют микроскопы отраженного света, называемые металлографическими. Увеличение микроскопа равно произведению увеличений объектива и окуляра (до 1500-2000 раз). Гораздо большее увеличение (до 200000раз) дает электронный микроскоп.
Микроструктура показывает размер и форму зерен, взаимное расположения фаз, их форму и размеры. Микроанализ выявляет структуры сплавов в неравновесном состоянии. Позволяет проследить за изменениями структуры при различных способах сварки, параметрах режима сварки и наплавки, выявить структурные превращения в околошовной зоне при различных скоростях охлаждения металла шва; влияние термических циклов сварки на структуру сварного соединения и целый ряд других превращений при сварке и наплавке.
Методы количественной металлографии необходимы для определения характеристики многих важных особенностей структуры:
- размер зерна основной фазы или отдельных фаз, присутствующих в металле шва;
- объемное количество и линейный размер включений;
- поверхность раздела структурных составляющих в сварном шве.
Для оценки качества металла, закономерностей процессов разрушения, влияние структурных технологических и других факторов на разрушение применяют методы фрактографии – области знания о строении изломов.
Изломы изучаются не только на макроуровне, но и на микроуровнях (при увеличении до 50000 крат и выше). Метод визуального изучения излома, а так же с помощью светового микроскопа при небольших увеличениях называется фрактографией. Исследование особенностей тонкой структуры изломов под электронным или растровым микроскопом называется микро-фрактографией.