18.6.1. Разрушающий контроль путем механических испытаний и металлографических исследований сварных соединений проводят в целях проверки соответствия прочностных и пластических свойств, характеристик макро- и микроструктуры, формы, размеров и сплошности различных участков сварного соединения требованиям настоящего РД и другой НТД. Механические испытания сварных соединений выполняются по ГОСТ 6996 и включают испытания на растяжение, на изгиб или сплющивание, на ударный изгиб. Металлографические исследования включают исследования макроструктуры и формы шва, микроструктуры различных зон сварного соединения.
Эти испытания (исследования) проводятся на образцах, изготовленных из специально сваренных контрольных соединений или из производственных сварных соединений в соответствии с требованиями п. 18.6.4 или п. 18.6.7.
18.6.2. Механические испытания и металлографические исследования выполняют: при аттестации технологии сварки объектов, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России; при контроле сварочных материалов — в случае и в объеме, регламентированных указаниями раздела 3 настоящего РД; при контроле квалификации сварщиков — во время их аттестации или допуска к работе; при контроле производственных сварных соединений.
Допускается совмещать механические и металлографические испытания при аттестации технологии сварки (кроме первичной), проверке сварочных материалов и испытаниях сварщиков.
18.6.3. Контрольные сварные соединения должны быть идентичны контролируемым производственным стыкам по марке стали, размерам труб (при контроле однотипных сварных соединений — по одному из типоразмеров), конструкции и виду соединения и выполнены по технологическому процессу, применяемому при изготовлении, монтаже или ремонте котлов и трубопроводов (тем же методом сварки, с использованием соответствующих сварочных материалов, на тех же режимах, с тем же подогревом и т.д.). Сварные соединения (или вырезанные из них образцы) должны быть термообработаны (если термообработке подвергаются производственные стыки) по режиму, регламентированному требованиями раздела 17.
18.6.4. Контроль качества производственных сварных соединений изделий, на которые распространяются правила Госгортехнадзора России (кроме технологических трубопроводов), проводится:
а) путем механических испытаний — стыковых сварных соединений, выполненных газовой и контактной сваркой;
б) путем металлографических исследований — стыковых соединений, выполненных газовой и контактной сваркой; соединений деталей из сталей разных структурных классов независимо от способа сварки; угловых и тавровых сварных соединений (в том числе соединений труб или штуцеров с коллекторами и трубопроводами), а также тройниковых соединений независимо от способа сварки.
Не являются обязательными испытания на растяжение и металлографические исследования контрольных сварных соединений, выполненных газовой сваркой, при условии контроля производственных стыков УЗД или радиографированием в объеме 100%.
Для технологических трубопроводов механические испытания стыковых сварных соединений проводятся независимо от способа сварки, а металлографические исследования — по требованию проекта.
18.6.5. Число контрольных сварных соединений, контролируемых в соответствии с п. 18.6.4 (для изделий, подконтрольных Госгортехнадзору России), должно быть не менее одного на все однотипные производственные сварные соединения, выполненные каждым сварщиком в течение
6 месяцев (в том числе для разных заказов).
Число контрольных сварных соединений может быть увеличено, если из одного контрольного стыка нельзя изготовить требуемое количество образцов (см. п. 18.6.10 и рис.
18.1).
18.6.6. Механические испытания контрольных стыков труб, подконтрольных органам Госгортехнадзора России, наружным диаметром 108 мм и менее при толщине стенки менее 12 мм можно проводить как на отдельных образцах, вырезанных из контрольного стыка, так и на целых стыках со снятым усилением. В последнем случае испытание на изгиб заменяется испытанием на сплющивание, а минимальное число контрольных стыков должно быть не менее одного для каждого из предусмотренных видов испытаний.
Механические испытания на целых стыках технологических трубопроводов выполняются для труб с условным проходом до 50 мм.
18.6.7. Контроль производственных сварных соединений трубопроводов, на которые не распространяются правила Госгортехнадзора России, производится путем механических испытаний допускных (пробных) стыков и/или контрольных стыков. Для газопроводов, кроме механических испытаний допускных стыков, проводятся механические испытания контрольных стыков:
надземных и внутренних газопроводов всех давлений диаметром менее 50 мм;
надземных и внутренних газопроводов давлением до 0,005 МПа (0,05 кгс/см2) диаметром 50 мм и более;
подземных (наземных) газопроводов всех давлений, сваренных газовой сваркой.
Для трубопроводов тепловых сетей (с параметрами Р 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и t 115 °С) и трубопроводов наружного водоснабжения и канализации механические испытания выполняются только на допускных стыках. Для сварных соединений труб паровых котлов с давлением не более 0,07 МПа (0,7 кгс/см2), водогрейных котлов и водоподогревателей с температурой нагрева воды не выше 115 °С проводятся механические испытания контрольных стыков.
Допускные стыки свариваются в соответствии с требованиями п. 5.1.3, а также в случае, если сварщик приступает к сварке новой группы однотипных стыков, которые он на данном объекте не сваривал. Механические испытания проводятся в соответствии с требованиями п. 18.6.8.
18.6.8. Для механических испытаний сварных соединений трубопроводов, на которые не распространяются правила Госгортехнадзора России, отбираются стыки в следующем объеме:
для газопроводов — 0,5% общего числа стыков, сваренных каждым сварщиком в течение календарного месяца при сооружении объекта, но не менее двух — для труб диаметром до 50 мм, одного — для труб диаметром свыше 50 мм;
для труб котлов, водоподогревателей и их элементов, работающих при Р 0,07 МПа (0,7 кгс/см2) и t 115 °С, — не менее одного на все однотипные производственные сварные соединения, выполненные каждым сварщиком в течение 3 месяцев.
Для механических испытаний сварных соединений технологических трубопроводов
выполняется не менее одного стыка на партию однотипных производственных стыков, сваренных в срок не более трех месяцев в количестве не более 100 однотипных* стыков с Д у до
150 мм и не более 50 стыков с Д у 175 мм и выше.
* Однотипными стыками технологических трубопроводов считаются соединения из сталей одной марки, выполненные одним сварщиком по единому технологическому процессу и отличающиеся по толщине стенки не более чем на 50%. Однотипными по условному диаметру являются: Д у 6—32, Д у 50—
150, Д у 175 мм и выше.
В случае, если производственные стыки трубопроводов подвергаются неразрушающему контролю (УЗД или радиографированию) в объеме 100%, механические испытания не производятся.
Механические испытания сварных соединений трубопроводов выхлопных, продувочных и
КИПиА, подвергаемых выборочному контролю неразрушающими методами, проводятся
согласно п. 18.6.4 при условии, что имеется аттестация технологии сварки однотипных сварных соединений.
По окончании изготовления контролируемого соединения, включая термическую обработку (если она предусмотрена), сварное соединение должно быть проверено теми же неразрушающими методами контроля (УЗД или радиографией), которые предусмотрены для производственных сварных соединений. При неудовлетворительных результатах контроля контрольные соединения должны быть изготовлены в удвоенном количестве. Если и при повторном неразрушающем контроле будут получены неудовлетворительные результаты, общий результат считается неудовлетворительным. В этом случае должны быть подвергнуты дополнительной проверке качество материала, оборудование и квалификация сварщика.
18.6.9. Из каждого контрольного стыка трубопроводов, на которые не распространяются правила Госгортехнадзора России, вырезаются:
из стыка газопровода (условным диаметром свыше 50 мм) — три образца для испытания на растяжение (с неснятым усилением), три образца для испытания на изгиб (со снятым усилением);
из стыка прочих трубопроводов, указанных в п. 18.6.8, — два образца для испытания на растяжение, два образца для испытания на изгиб.
Из стыка технологического трубопровода, на который распространяются ПБ 03-108—96, изготавливаются два образца для испытания на растяжение, два, образца — на изгиб и три образца (при толщине стенки 12 мм и более) — на ударный изгиб.
Стыки газопроводов и технологических трубопроводов условным диаметром до 50 мм включительно испытывают целыми стыками (с неснятым усилением у стыков газопроводов) на растяжение и (со снятым усилением) на сплющивание. Таким же образом могут испытываться контрольные стыки прочих трубопроводов диаметром 108 мм и менее при толщине стенки менее 12 мм.
18.6.10. Из вертикальных контрольных стыков, сваренных без поворота труб, заготовки образцов вырезают по схеме, приведенной на рис. 18.1. Для горизонтальных стыков можно применять любое расположение заготовок по окружности стыка.
Рис. 18.1. Схемы вырезки образцов из вертикальных неповоротных контрольных стыков:
а — стык труб котлов и трубопроводов, подконтрольных
Госгортехнадзору России, выполненный газовой и контактной сваркой;
б — то же из сталей разных структурных классов независимо от способа сварки;
в — стык газопроводов; г — стык технологических трубопроводов (испытание на ударную вязкость в сварных соединениях трубопроводов из углеродистых и аустенитных сталей);
Р — заготовки под образцы для испытаний на растяжение; И — заготовки под образцы для испытаний на изгиб; У — заготовки под образцы для испытаний на ударный изгиб; М — заготовки под образцы для металлографических исследований
Требования к изготовлению и испытанию образцов при контроле производственных сварных соединений и аттестации технологии сварки
18.6.11. Заготовку из контрольных стыков для изготовления образцов вырезают механическим способом. Разрешается вырезать заготовки огневой резкой, кроме контрольных стыков из хромомолибденованадиевой стали и стали мартенситного и мартенситно-ферритного классов. В этом случае заготовка должна быть сделана до термообработки (если она предусмотрена) и должен быть оставлен припуск не менее 5 мм на каждую сторону реза для образцов, подвергаемых механическим испытаниям, и 10 мм для образцов, предназначенных для металлографических исследований. Окончательная форма придается образцам путем механической обработки без применения предварительной правки.
18.6.12. Форма и размеры образцов для механических испытаний должны соответствовать
ГОСТ 6996.
Размеры плоских образцов, вырезанных из стыков труб для испытания на растяжение, должны составлять (рис. 18.2), мм:
| S.................................................. | До 6 | 7-10 | 11-25 | 26-50 | 51-75 |
| b 0,5......................................... | |||||
| b 1.................................................. | |||||
| l................................................... |
L = l + 2h.
Длина захватной части образца h устанавливается в зависимости от конструкции испытательной машины.
18.6.13. Образцы для испытания на растяжение и изгиб, вырезанные из контрольных стыковых соединений труб при толщине стенки до 30 мм включительно, необходимо изготавливать на всю толщину основного металла. Выпуклость (усиление) шва и остатки подкладных колец следует снять заподлицо с основным металлом.
Состругивать выпуклость (усиление) шва у образцов, предназначенных для испытания на растяжение, необходимо поперек шва, при этом основной металл можно снять на всей рабочей части образца на глубину до 1 мм с каждой стороны. При изготовлении плоских образцов (рис.
18.2, а и 18.3, а) состругивание корня шва должно быть минимальным, позволяющим придать образцу необходимую прямоугольную форму. Удаление корня шва при изготовлении образцов из стыков труб малых диаметров не разрешается.
Рис. 18.2. Форма и размеры образцов для испытаний сварных соединений на растяжение:
а — для толстостенных труб (S 12 мм);
б — для тонкостенных труб (S < 12 мм)
18.6.14. Испытание на изгиб производят по схеме, показанной на рис. 18.3, б.
18.6.15. При толщине стенки труб более 30 мм, если основной металл имеет временное сопротивление более 500 МПа (50 кгс/мм2) и мощность разрывной машины недостаточна для испытания стандартных образцов на растяжение, допускается состругивать образцы со стороны выпуклости шва до 25 мм (рис. 18.4).
18.6.16. Испытание на изгиб контрольных сварных соединений труб при толщине стенки более 30 мм следует производить на образцах, изготовленных во всю толщину стенки трубы, шириной h = 20 мм, при этом испытания образцов проводят «на ребро». Размеры образцов и схема испытания на изгиб «на ребро» приведены на рис. 18.5.
Размеры образца и схема испытания на сплющивание даны на рис. 18.6.
Рис. 18.3. Испытание на изгиб:
b = 1,5 S, но не менее 10 мм; l = L /3; D = 2 S;
r = S, но не более 25 мм; k = 2,5 D
Рис. 18.4. Схема вырезки и размеры образца для испытания на растяжение сварных соединений при размере S > 30 мм
(размер h устанавливается в зависимости от конструкции испытательной машины)
18.6.17. Для испытания сварного соединения на ударный изгиб образцы изготавливают из средней части шва с надрезом, расположенным по середине образца со стороны раскрытия шва.
18.6.18. Все механические испытания необходимо производить при комнатной температуре.
18.6.19. Результаты механических испытаний сварных соединений должны удовлетворять следующим требованиям:
а) временное сопротивление разрыву при испытании однородных сварных соединений на растяжение должно быть не ниже минимально допустимого для основного металла, а при испытании сварных соединений элементов с разными нормативными значениями временного сопротивления — не ниже минимально допустимого значения временного сопротивления разрыву менее прочной из сваренных сталей. Для сварных соединений из стали 15ГС, подвергнутых термообработке, временное сопротивление разрыву должно быть не ниже 451
МПа (46 кгс/мм2). Для сварных соединений труб из стали 20, выполненных газовой сваркой, временное сопротивление разрыву должно быть не ниже 373 МПа (38 кгс/мм2);
б) угол изгиба при испытании сварных образцов на изгиб должен отвечать требованиям табл.
18.12;
в) просвет «b » (рис. 18.6, б) между сжимающими поверхностями при испытании на сплющивание должен быть:
для газопроводов независимо от марки стали труб — равным или менее 5 S;
для остальных трубопроводов:
b (1
a) S
a S / Д н
где а = 0,08 для углеродистых и легированных сталей;
0,09 — для аустенитных сталей;
для труб размером 32х5 и 32х6 мм из стали 12Х11В2МФ просвет «b »> должен быть не более
5,6 S и 5,0 S ' соответственно;
г) ударная вязкость при испытаниях на ударный изгиб сварных соединений на образцах типа VI по ГОСТ 6996 должна быть не менее 49 Дж/см2 (5 кгс м/см2) для сварных соединений элементов из стали перлитного, мартенситного и мартенситно-ферритного классов и не менее 69
Дж/см2 (7 кгс м/см2) — для сварных соединений элементов из стали аустенитного класса.
Рис. 18.5. Испытание на изгиб «на ребро» сварных образцов из толстостенных труб (при S > 30 мм):
а — схема вырезки и размеры образца; б — схема испытаний;
D = 2 h — диаметр пуансона; L = D + 2,5 h + 80 мм — длина образца; h = r, l = L /3;
1 — сварной шов; грани образца на длине l закруглить
Рис. 18.6. Испытание на сплющивание:
а — размеры образца; б — схема испытания; D н — наружный диаметр трубы;
L — длина образца; S — толщина стенки трубы; b — просвет между сжимающими поверхностями в момент появления трещины
Таблица 18.12
Требования к результатам испытаний сварных соединений на изгиб
| Тип (класс) сталей сварных соединений | Номинальная толщина сваренных деталей, S, мм | Угол изгиба при испытании на изгиб, градусы (не менее) | |
| трубопроводы всех назначений*1, кроме газопроводов | газопроводы по СНиП 3.05.02-88* | ||
| Углеродистые | До 20 включительно Свыше 20 | 100 (70)*2 | 120 (100) 120 (100) |
| Низколегированные конструкционные | До 20 включительно Свыше 20 | 80 (50) | 120 (100) 120 (100) |
| Хромомолибденовые и хромомолибденованадиевые перлитного класса и легированные хромистые и высокохромистые мартен- ситного и мартенситно- ферритного классов | До 20 включительно Свыше 20 | 50 (30) | — — |
| Хромоникелевые и хромомарганцевые аустенитного класса | До 20 включительно Свыше 20 | — — |
*1 Значения угла изгиба при испытании сварных соединений технологических трубопроводов из углеродистой стали при толщине свыше 20 мм и из стали аустенитного класса независимо от толщины сваренных деталей должны быть не менее 100°.
*2 В скобках указаны значения угла изгиба для сварных соединений, выполненных газовой сваркой.
18.6.20. Показатели механических свойств определяются как среднее арифметическое результатов, полученных на заданном числе образцов (по каждому виду испытаний для каждого контрольного сварного стыка). Общий результат испытаний считается неудовлетворительным, если результаты испытаний хотя бы одного из образцов ниже норм: по временному сопротивлению разрыву и углу изгиба — более чем на 10%; по ударной вязкости — более чем на 10 Дж/см2 (1 кгс м/см2).
18.6.21. При получении неудовлетворительных результатов по какому-либо виду испытаний
допускаются повторные испытания на удвоенном числе образцов, вырезанных из тех же контрольных сварных соединений, взамен каждого образца, показавшего неудовлетворительные результаты. Если при повторном испытании хотя бы на одном из образцов (кроме образцов газопроводов) получены результаты, не отвечающие установленным нормам, то общий результат механических испытаний считается неудовлетворительным.
В случае получения при повторной проверке неудовлетворительных результатов испытаний хотя бы на одном стыке газопровода, все стыки, сваренные данным сварщиком газовой сваркой в течение календарного месяца на данном объекте, должны быть удалены, а стыки, сваренные дуговой сваркой, должны быть проверены радиографией.
18.6.22. Изломы образцов, которые получены при механических испытаниях, следует просматривать и обнаруженные крупные дефекты заносить в протоколы механических испытаний. При выявлении хотя бы на одном образце трещин или других дефектов, выходящих за пределы норм, установленных настоящим РД, даже при удовлетворительных результатах механических испытаний и приемлемых результатах металлографического исследования, образцы необходимо забраковывать.
18.6.23. Образцы (шлифы) для металлографического исследования сварных соединений нужно вырезать поперек шва. Образцы для макроисследования всех сварных соединений и для микроисследования сварных соединений элементов при толщине стенки менее 25 мм должны включать все сечение шва, обе зоны термического влияния, прилегающие к ним участки основного металла, а также подкладное кольцо, если оно применялось и не подлежит удалению на производственных стыках. Образцы для микроисследования сварных соединений элементов с толщиной стенки 25 мм и более могут включать лишь часть сечения соединения. При этом расстояние от линии сплавления до краев образца должно быть не менее 12 мм, а площадь
контролируемого сечения — не менее 25х25 мм. При изготовлении образцов для металлографического исследования угловых и тавровых сварных соединений, выполненных на трубных элементах, контролируемые сечения необходимо разрезать вдоль оси штуцера (привариваемой трубы).
18.6.24. Сварные соединения бракуют, если при металлографическом исследовании макроструктуры хотя бы на одном поперечном шлифе, вырезанном из контрольного сварного соединения, выявлены следующие дефекты:
а) трещины любых размеров и всех видов и направлений, расположенные в металле шва, по линии сплавления и в околошовной зоне основного металла. В стыках труб из стали аустенитного класса допускаются отдельные надрывы протяженностью не более 0,3 мм в пределах одного слоя шва, вызванные усадкой металла при обрыве дуги (один надрыв в данном сечении шва);
б) непровары (несплавления), расположенные у поверхности и по сечению сварного, соединения (между основным металлом и металлом шва, а также между отдельными валиками и слоями шва);
в) поры, расположенные в виде сплошной сетки, незаваренные (или не полностью заваренные) прожоги, свищи, смещения внутренних кромок состыкованных труб (деталей), превышающие нормы;
г) местные непровары, вогнутость или выпуклость корня шва (рис. 18.7), превышающие нормы (см. табл. 18.6—18.9);
Рис. 18.7. Дефекты корня шва:
а - выпуклость корня шва на участке стыка, сваренного в нижнем положении;
б - вогнутость корня шва на участке стыка, сваренного в потолочном положении;
в — непровар в корне шва
д) поры, шлаковые и вольфрамовые включения, превышающие нормы, приведенные в табл.
18.13. Показатель концентрации дефектов Kд определяется как сумма наибольших линейных размеров (по высоте шва) всех допустимых дефектов (объемных включений, непровара, смещения кромок и др.), выявленных на любой полосе шириной 10 мм, проходящей по высоте шва или параллельно линии сплавления. Схема подсчета приведена на рис. 18.8.
18.6.25. В околошовной зоне сварных соединений элементов из стали аустенитного класса, выполненных ручной дуговой сваркой, не допускается действительное зерно крупнее номера 1 по шкале ГОСТ 5639 для основного металла.
18.6.26. При микроисследовании сварных соединений, выполненных газовой сваркой на элементах из стали перлитного класса, не допускаются в металле шва и околошовной зоне зерна номер 1 и крупнее по шкале ГОСТ 5639, участки с мартенситной структурой.
18.6.27. При микроисследовании сварных соединений труб из аустенитных сталей структура металла шва должна быть аустенитной с незначительным количеством карбидов, равномерно расположенных по полю и границам зерен, и феррита в случае применения аустенитно- ферритных электродов. Зона термического влияния должна иметь аустенитную структуру с небольшим количеством карбидов, равномерно распределенных по сечению зоны.
18.6.28. При микроисследовании сварных соединений труб из сталей мартенситно- ферритного класса, выполненных ручной дуговой сваркой аустенитным присадочным материалом, типичными структурами являются: для наплавленного металла — аустенит с ферритными прослойками по границам зерен и единичными выделениями карбидов, для высокотемпературной зоны термического влияния — ферритно-аустенитная. Допускается наличие ферритной полосы вдоль линии сплавления со стороны основного металла.
18.6.29. Если при металлографическом исследовании контрольных сварных стыков в соответствии с п. 18.6.4, б, проверенных ультразвуком или радиографией, обнаружены недопустимые внутренние дефекты, которые по нормам этих методов контроля должны и могли быть выявлены примененным методом неразрушающего контроля, то все производственные сварные соединения, контролируемые дефектным стыком, подлежат 100%-ной проверке тем же методом дефектоскопии независимо от предусмотренного и выполненного объема неразрушающего контроля. Эту проверку должен осуществлять наиболее опытный и
квалифицированный дефектоскопист. Дефектоскописту, проверявшему контрольный стык и пропустившему в нем дефект, выполнять указанный контроль производственных стыков не разрешается.
Таблица 18.13