Техника измерительного контроля.

Теоретические основы

Визуальный контроль — один из наиболее простых и общедо­ступных видов неразрушающего контроля, обеспечивающий вы­сокую производительность. Визуальный и измерительный конт­роль применяют в двух вариантах:

■ внешний осмотр сварных соединений и измерение их гео­метрических параметров после изготовления партии де­талей;

■ активный внешний осмотр — контроль в процессе свар­ки с оперативной обратной связью для регулирования технологических режимов.

Визуальный и измерительный контроль выполненных сварных соединений (конструкций, узлов) производят с целью выявления деформаций, поверхностных трещин, подрезов, прожогов, наплы­вов, кратеров, свищей, пор, раковин и других несплошностей и дефектов формы швов, проверки геометрических параметров сварных швов и допустимости обнаруженных дефектов. Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если вы­явлены недопустимые дефекты.

Подготовка к визуальному и измерительному контролю.

Ви­зуальный и измерительный контроль сварных соединений осуще­ствляют до использования остальных неразрушающих методов контроля (радиационный, ультразвуковой и др.). Перед визуальным контролем поверхность основного металла и сварных соеди­нений очищают от шлака, брызг металла, ржавчины и других за­грязнений, которые препятствуют проведению контроля (на кон­тролируемых поверхностях допускается наличие цветов побежа­лости, когда это оговорено в производственно-технической доку­ментации).

Геометрические параметры сварных швов измеряют после ви­зуального контроля или одновременно с ним. Измерение деталей, подготовленных под сварку, производят до их сборки.

При визуальном и измерительном контроле сварных соедине­ний контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва и примыкающие к нему с обеих сторон участки ос­новного металла шириной не менее:

■ 5 мм — для стыковых соединений, выполненных дуговой и контактной сваркой оплавлением при номинальной тол­щине свариваемых деталей до 5 мм включительно;

■ номинальной толщины деталей (5... 20 мм) — для стыко­вых соединений, полученных дуговой или электронно-лу­чевой сваркой, а также контактной сваркой оплавлени­ем;

■ 20 мм — для стыковых соединений, выполненных дуго­вой и контактной сваркой оплавлением при номинальной толщине деталей более 20 мм, а также стыковых и угло­вых соединений, полученных газовой сваркой, независи­мо от номинальной толщины деталей, в частности, при ре­монте дефектных участков сварных соединений;

■ 5 мм — для угловых, тавровых, торцевых и нахлесточных сварных соединений (в том числе при сварке труб с труб­ными досками), выполненных дуговой сваркой, незави­симо от номинальной толщины деталей;

■ 50 мм — для сварных соединений, полученных с помощью электрошлаковой сварки, независимо от номинальной толщины деталей.

Параметры шероховатости очищенных для выполнения конт­роля поверхностей деталей, сварных соединений и кромок деталей, подготовленных под сварку, не должны превышать Rа 12,5 мкм и Rz 80 мкм.

Инструмент, шаблоны, эталоны.

При визуальном и измери­тельном контроле применяют:

■ лупы с увеличением до 20^х, в том числе измерительные;

■ металлические линейки;

■ поверочные лекальные угольники;

■ штангенциркули и штангенглубиномеры;

■ щупы;

■ угломеры с нониусом;

■ индикаторные толщиномеры;

■ микрометры;

■ микрометрические и индикаторные нутромеры;

■ эталоны сварных швов;

■ калибры;

■ эндоскопы;

■ шаблоны, в том числе специальные и универсальные (на­пример, типа УШС), радиусные, резьбовые и др.;

■ поверочные плиты;

■ плоскопараллельные концевые меры длины с набором специальных принадлежностей;

■ штриховые меры длины (стальные измерительные линей­ки и рулетки);

■ микроскопы;

■ зеркала.

Для контроля основного металла и сварных соединений при изготовлении (строительстве, монтаже, ремонте и реконструкции) технических устройств и сооружений используют лупы с увели­чением 2^х—7^х, а для оценки состояния технических устройств и сооружений в процессе их эксплуатации — до 20^х.

Техника измерительного контроля.

Измерительный контроль геометрических параметров сварного соединения (размеры эле­ментов сварных швов, взаимное расположение осей или поверх­ностей деталей, глубина впадин между валиками шва, выпуклость и вогнутость корня одностороннего шва и т.д.) следует произво­дить на участках, указанных в рабочих чертежах, а также там, где соответствие указанных показателей допустимым значениям вы­зывает сомнение по результатам визуального контроля.

Выпуклость (вогнутость) стыкового шва оценивается по макси­мальной высоте (глубине) расположения поверхности шва от уровня лицевой поверхности деталей. В том случае, когда уровни лицевых поверхностей деталей одного типоразмера (диаметр, тол­щина) не совпадают, измерения следует производить относитель­но той поверхности, которая расположена выше (рис. 1, а). Если несовпадение уровней поверхностей деталей связано с их разной толщиной, то оценку выпуклости (вогнутости) поверхности шва выполняют относительно линии, соединяющей края поверхности шва в одном сечении (рис. 1, б). Выпуклость (вогнутость) стыко­вого и узлового швов определяют универсальными или специаль­ными шаблонами.

Выпуклость (вогнутость) шва с обратной стороны оценивается по максимальной высоте (глубине) поверхности шва относитель­но соответствующей поверхности деталей.

Дефекты сварных соединений и причины их образования.

Дефектами сварных соединений называют отклонения от уста­новленных норм и технических требований, возникающие в ме­талле шва и зоне термического влияния в процессе образования сварных соединений и приводящие к снижению эксплуатацион­ной надежности сварных конструкций, ухудшению их работоспо­собности и внешнего вида.

К внутренним дефектам сварных швов относятся поры, твер­дые включения шлака или инородного металла, непровары, внут­ренние трещины разного рода, макронесплошности и дефекты структуры, к наружным — дефекты формы сварного шва (нерав­номерность его сечения) и вышедшие на поверхность шва поры, свищи, трещины и подрезы. Однако подобное разделение дефек­тов на две группы весьма условно, так как многие наружные де­фекты оказываются следствием существования, а зачастую и внешним проявлением внутренних дефектов.

Трещина сварного соединения — дефект сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.

Трещины являются наиболее опасными дефектами сварного шва и могут быть микро- или макроскопическими, а в зависимо­сти от условий их образования — горячими или холодными. Го­рячие трещины, обычно расположенные в металле шва, образу­ются в процессе его кристаллизации при температурах ниже ли­нии солидуса для данного металла при сварке. Горячие трещи­ны возникают вследствие резкого снижения пластичности метал­ла и развития растягивающих напряжений.

Холодные трещины образуются на этапе завершения ох­лаждения шва и в течение некоторого периода после сварки. При образовании холодных трещин определяющими являются три фактора: наличие закалочных структур, повышенный уро­вень напряжений первого рода и насыщенность металла водоро­дом.

В соответствии с ГОСТ 2601—84* различают несколько типов трещин сварных соединений.

Продольные трещины проходят вдоль оси сварного шва, мо­гут возникать в металле шва, на границе сплавления, в зоне терми­ческого влияния и основном металле. Конфигурация трещин опре­деляется главным образом формой линии сплавления основного металла и шва. Продольные трещины появляются вследствие высо­котемпературной хрупкости металла (горячие трещины) или его за­медленного разрушения (холодные трещины).

Поперечные трещины ориентированы в направлении, пер­пендикулярном оси сварного шва, образуются в металле шва, зоне термического влияния и основном металле. Такая ориента­ция трещин связана с влиянием продольных составляющих сва­рочных напряжений. Причины возникновения поперечных тре­щин те же, что и у продольных трещин. Поперечные трещины также бывают горячими и холодными.

Разветвленные трещины имеют ответвления в разных на­правлениях. Такие трещины могут располагаться в металле свар­ного шва, зоне термического влияния и основном металле. Кон­фигурация этих трещин определяется микроструктурой зон свар­ного соединения и характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причины появления разветв­ленных трещин те же, что и у продольных.

Вогнутость корня шва — углубление на поверхности обратной стороны одностороннего сварного шва, образовавшееся вслед­ствие его усадки. Такой дефект возникает при отклонении пара­метров сварочного процесса от номинальных значений.

Свищ представляет собой воронкообразное углубление в свар­ном шве, вызванное выделением газа. Форма и положение свища зависят от режима кристаллизации сварочной ванны.

Непровар (рис. 2) — это дефект в виде несплавления в свар­ном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва.

Наиболее характерным местом проявления такого дефекта при односторонней стыковой сварке без скоса кромок является ко­рень шва.

В случае двусторонней сварки непровар чаще всего возникает в центре сварного шва и по границам сплавления между металлом шва и основным металлом. Непровар в корне шва образуется в результате неполного проплавления основного металла.

 

 

 

Рис. 2. Непровар (1) корня углового и стыкового односторонних (а) и стыкового двустороннего (б) сварных швов.

 

Появление непровара может быть вызвано загрязнением кро­мок или их неправильной подготовкой (например, уменьшенным углом скоса), недостаточной силой сварочного тока, повышенной скоростью сварки или применением электродов чрезмерно боль­шого диаметра.

Прожог сварного шва — это сквозное отверстие в шве, образо­вавшееся в результате вытекания части металла сварочной ванны. Причинами прожога являются избыточная погонная энергия, за­ниженная скорость сварки, чрезмерный зазор между сваривае­мыми деталями и др. Особенно часто прожог возникает при сварке тонких деталей, когда ширина сварочной ванны превышает толщину деталей.

 

Подрез зоны сплавления (рис. 3) представляет собой дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. Причинами появления подрезов зоны сплавления явля­ются высокая интенсивность режима (большая сила сварочного тока и завышенная скорость сварки), смещение электрода отно­сительно оси шва, неудобное пространственное положение шва.

 

Рис. 3. Подрезы (1) зоны сплавления в угловом (а) и стыковых одностороннем (б) и двустороннем (в) сварных швах.

 

Наплыв на сварном соединении — это дефект в виде натекания металла шва на поверхность основного металла или ранее вы­полненного валика без сплавления с ним. Причинами возникно­вения наплыва являются избыточная сила тока при длинной дуге и большой скорости сварки, увеличенный наклон свариваемых деталей при сварке на подъем и спуск или неправильное манипу­лирование электродом.

Кратер — это углубление, образующееся в конце валика вследствие объемной усадки металла сварного шва. Размеры кра­тера зависят от режима сварки. Кратеры снижают прочность сварных соединений.

 

Дефекты, возникающие при точечной и шовной контактной сварке, подразделяются на наружные и внутренние. Основные причины образования наружных дефектов при контактной свар­ке представлены в табл. 1.

 

Таблица 1.

Виды дефектов	Причины образования
Неправильная форма отпечатка электрода на поверхности детали	Неправильная заточка или неравномерный износ рабочей поверхности электродов; пере­кос деталей и электродов при сварке; избы­точная скорость шовной сварки
Глубокая вмятина на поверхности детали от электрода	Большая длительность импульса тока; недостаточное давление электродов; чрезмерная сила тока
Местный прожог и на­ружный выплеск расп­лавленного металла	Загрязнение поверхности свариваемых дета­лей или электродов; недостаточное давление электродов; неправильная форма контактной поверхности электродов; чрезмерная скорость шовной сварки легких сплавов
Трещина	Малое сварочное усилие; недостаточное охлаждение электродов; недостаточное ковоч­ное давление электродов (при сварке легких сплавов); чрезмерное время запаздывания при подаче ковочного давления; избыточная длительность импульса сварочного тока
Выход литого металла на поверхность соеди­нения и ее потемнение. Повреждение плаки­рующего слоя при свар­ке сплавов Д16 и В95	Недостаточно тщательная очистка поверхно­сти свариваемых деталей или электродов; ма­лое сварочное усилие; избыточная длитель­ность импульса сварочного тока; чрезмерная сила сварочного тока
Раздавливание металла и трещины у кромки соединения	Недостаточное расстояние между точками и кромкой соединения; завышенная сила сва­рочного тока; чрезмерная длительность им­пульса тока; избыточное ковочное давление

 

Внешний контроль точечных сварных соединений производят с применением несложного измерительного инструмента и лупы с небольшим увеличением.

Необходимо, чтобы вмятина от электрода была отчетливо вид­на на поверхности деталей, имела форму окружности и равномер­ную глубину. При сварке коррозионно-стойких сталей и хромоникелевых сплавов сварная точка должна быть окружена кольцом цветов побежалости желтого оттенка. В случае сварки низкоугле­родистых сталей это кольцо может иметь черный цвет, а при сварке алюминиевых, магниевых и медных сплавов цвета побежа­лости отсутствуют.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие параметры контролируют при инструментальном конт­роле сварных швов?

2. Какова цель внешнего осмотра?

3. Какие дефекты выявляют внешним осмотром?

4. Какие инструменты применяют при внешнем и инструмен­тальном контроле сварных соединений?