Содержание
Проверка сварочных соединений — обязательный этап любых сварочных работ. Благодаря тщательному контролю можно выявить явные и скрытые дефекты, которые в дальнейшем повлияют на качество и долговечность всей металлической конструкции. Конечно, можно оценить качество сварного шваневооруженным взглядом, но это лишь один из методов.
С помощью визуального контроля вы не сможете обнаружить внутренние трещины и поры. Поэтому важно знать дополнительные способы контроля качества. На крупных производствах эту работу выполняет контролер сварочных работ, но на меленьком заводе эта обязанность часто ложится на плечи сварщика. В этой статье мы расскажем, как проверить швы и какие есть виды контроля качества помимо визуального осмотра.
Способы контроля качества сварного шва
Существуют разнообразные виды и средства технического контроля, все они имеют свои достоинства и недостатки, особенности и нюансы. Но несмотря на различия все они призваны, чтобы устроить швам испытание на прочность и долговечность. Качество сварных соединений во многом зависит от сварщика и используемых комплектующих, так что итог контроля можно предсказать. Но мы все равно рекомендуем проводить контроль качества, чтобы быть уверенным, что изделия прослужат долго.
Качество сварных соединений можно узнать путем визуального осмотра (пожалуй, самый распространенный метод), ультразвукового, магнитного, капиллярного и радиационного (радиографического) контроля, также осуществляется контроль сварных швов на проницаемость. Есть и другие методы контроля сварных швов, но мы в этой статье перечислим самые распространенные и простые в применении. Рекомендуем выполнять пооперационный контроль качества, т.е. сначала осмотреть шов, затем провести капиллярный контроль и так далее. Впрочем, обо всем по порядку.
Визуальный контроль
Начнем с визуального контроля. Это наиболее простой и быстрый способ узнать качество сварных швов. Вам не понадобятся специальные приборы или жидкости, достаточно вашей внимательности. Тщательно осмотрите сварное соединение: не должно быть видимых дефектов вроде трещин и сколов, шов должен иметь одну ширину и высоту на всех участках. Внешний контроль сварочных швов позволяет также проверить наличие или отсутствие непроваров, наплывов, неравномерных складок шва. Все это дефекты, обнаружив которые можно смело говорить о низком качестве соединения.
Конечно, с помощью такого метода вы не сможете выполнить полноценный контроль сварных соединений трубопроводов, сварных соединений газопроводов или иных ответственных конструкций, но визуальный осмотр станет первой операцией, вслед за которой можно применить остальные методы контроля.
Капиллярный контроль
Методы контроля качества сварных соединений включают также испытания сварного шва. Для этого используется капиллярный метод. Его суть крайне проста: для контроля используются специальные жидкости, которые способны проникать в мельчайшие поры и трещинки, называемые капиллярами.
С помощью капиллярного операционного контроля можно проверить качество любого металла, с любым составом и формой. Зачастую такой метод используется, когда нужно узнать наличие скрытых дефектов невидимых для глаз, но нет бюджета, поскольку капиллярный контроль очень прост в применении и не требует наличия дорогостоящего оборудования.
Капиллярная оценка качества сварных соединений выполняется с помощью жидкостей, называемых пенетрантами (от английского слова «penetrant», что значит «проникающая жидкость»). Такие жидкости обладают незначительным поверхностным натяжением, отчего легко проникают в мелкие капилляры и при этом остаются видимы для глаз. По сути, пенетранты заполняют полости и окрашивают дефекты, тем самым делая их видимыми.
Сейчас можно найти множество рецептов приготовления пенетранта, каждый из которых будет обладать своими свойствами и особенностями. Можно приготовить пенетрант на основе воды или любой другой органической жидкости (скипидара, бензола, также сюда относится довольно популярная проверка сварных швов керосином. Такие пенетранты очень эффективны и чувствительны к малейшим дефектам. Они уверенно занимают одну из лидирующих позиций среди методов по контролю качества.
Контроль на герметичность сварных швов
На жидкостях не заканчиваются испытания сварных швов. Их также нужно проверить на герметичность. Метод проверки на герметичность имеет множество названий: течеискание, пузырьковый метод контроля, пневмоиспытание, гидроиспытание и многие другие. Но вне зависимости от названия суть их остается неизменна: обнаружение сквозных дефектов, ухудшающих герметичные показатели сварного соединения.
Начнем с пневматического метода контроля качества швов. Он подразумевает использование газа или воздуха, который направляется на соединение под давлением. При этом шов смазывается мыльным раствором. Также есть разновидность пневматического контроля, называемая вакуумным контролем, когда с помощью специального оборудования создается искусственный вакуум, в него помещается деталь, а шов также предварительно смачивают мыльным раствором. В местах со сквозными трещинами будут образовываться пузыри, указывающие на местонахождение дефекта.
При приготовлении мыльного раствора используется один кусок мыла на литр воды. Если предстоит работа при низких температурах (на улице зимой), то более половины воды рекомендуется заменить на спирт. Также рекомендуем подключить манометр, с помощью которого вы сможете контролировать показатель давления и сможете заметить, как оно будет падать при обнаружении дефектов. Также нелишним будет использование предохранительного клапана, чтобы соблюсти технику безопасности.
Самая простейшая форма пневматического контроля — погружение детали в воду, без смазывания швов мыльным раствором и использования давления. Если у шва есть дефекты, то они дадут о себе знать, когда небольшие пузырьки воздуха начнут появляться из сварного соединения. Этот способ проверки качества можно назвать полевым, но он достаточно эффективный.
Также есть еще одна разновидность пневматического контроля, называемая контроль качества сварных швов и соединений с помощью аммиака. Аммиак подается вместо газа или воздуха, а швы предварительно покрывают специальной бумажной лентой. Аммиак проходит через шов и если имеются дефекты, то на ленте появляются красные пятна.
Второй тип контроля на герметичность — гидравлический. Здесь давление создают с помощью воды или масла. Это очень интересный метод, поскольку деталь выдерживается в жидкости от 5 до 15 минут (в зависимости от особенностей металла), при этом зона около шва обстукивается молотком, удары должны быть слабыми. Если есть дефекты, то при ударе жидкость начнет вытекать из предполагаемого места с трещиной или другим повреждением.
Магнитный контроль
Магнитный метод контроля заключается в использовании основ электромагнетизма. Контролер или сварщик с помощью специального прибора создает вокруг шва магнитное поле, которое испускает поток так называемых электромагнитных линий. Если они искажаются, значит есть дефекты. Искажения фиксируются магнитопорошковым способом.
При магнитопорошковом на поверхность шва предварительно наносят ферримагнитный порошок, который при искажении электромагнитной линии начинает скапливаться в месте дефекта. Из-за этого магнитный контроль доступен только при работе с ферримагнитными металлами. Алюминий, медь, сталь с большим содержанием хрома и никеля не могут быть подвержены проверке. В целом, это очень эффективный, но неудобный и дорогостоящий метод, так что его применяют только при контроле особо важных узлов.
Ультразвуковой контроль
Ультразвуковой способ очень интересен. Он основан на свойствах ультразвука. Ультразвуковые волны легко отражаются от краев трещины или скола, поскольку те обладают разными акустическими особенностями. Говоря простыми словами, мы подаем на шов ультразвук, и если на своем пути он сталкивается с дефектом, то искажается и отображается в другом направлении. При этом разные типы дефектов по-разному искажают ультразвуковую волну, так что их можно легко определить.
Контроль качества сварного шва с помощью ультразвуковых аппаратов применяется повсеместно, поскольку это довольно эффективный и при этом недорогой метод. По сравнению с другими методами (например, магнитным или радиационным) не нужно учитывать какие-то особенности металла или приобретать дорогостоящее оборудование. Но есть и недостатки: контроль сварного соединения ультразвуком должен проводить специалист, а не обычный сварщик.
Радиационный контроль
Радиационный контроль сварных соединений (также называемый «радиографический контроль» и «гаммаграфический контроль сварных соединений») представляет собой мини-версию обычного рентгена. Гамма-лучи проникают через металл и на специальной пленке фиксируются все возможные скрытые дефекты. Это самый передовой и дорогостоящий метод контроля качества, он требует современного оборудования и квалификации от контролера или сварщика. Также избыточная работа с таким прибором может оказывать негативное воздействие на здоровье человека.
Недавно появилась цифровая радиография, которая выполняется с помощью компьютера. Здесь вместо пленки используют специальные многоразовые пластины, которые совместимы с любыми источниками радиации. Но в отличие от классического радиационного контроля при цифровом методе изображения сохраняются сразу на компьютер, их можно масштабировать и кадрировать. В будущем разработчики планируют довести этот процесс до автоматизма, чтобы не требовалось присутствие человека.
Вместо заключения
Контролер сварочных работ должен очень внимательно относиться к своей работе, поскольку от его внимательности зависит все. Выполняя контроль качества сварки и сварных соединений записывайте все особенности и дефекты, которые сможете обнаружить. Комбинируйте различные методы контроля сварки, чтобы получить полную картину. Не используйте разрушающие методы контроля сварных соединений, которые не подходят для тех или иных металлов.
Сварка и контроль качества сварных соединений металлоконструкций — дело непростое, но обучившись этому лишь однажды вы сможете довольно быстро выполнять контроль даже в полевых условиях. Также не забывайте, что есть техника безопасности и ее нужно соблюдать не только при сварке, но и при контроле швов.
Этот метод является, по существу, разновидностью пневматического метода контроля с обмазкой пенообразующим веществом. Его применяют для контроля герметичности открытых изделий при одностороннем доступе к контролируемой поверхности.
При испытании на исследуемый участок изделия 6 накладывают переносные вакуумные камеры, состоящие из рамки 4 с резиновыми уплотнителями 5. На контролируемое изделие наносят пенообразующее вещество. Вакуумную камеру устанавливают на изделие и с помощью вакуумного насоса создают в ее полости разрежение (обычно 0,02. 0,09 МПа). В результате разрежения воздух через неплотности в изделии поступает в полость камеры. Наблюдение за появлением пузырьков в пенообразующем веществе 7 ведут через прозрачное смотровое окно камеры 3.
Давление в камере контролируют вакуумметром 1. При испытаниях применяют форвакуумные механические насосы. По окончании контроля трехходовым краном 2 в полость камеры напускают атмосферный воздух и перемещают ее на следующий контролируемый участок.
Широкое распространение вакуумный метод получил при контроле сварных соединений. В зависимости от конфигурации сварных изделии и видов сварных соединений применяют плоские, угловые и кольцевые вакуумные камеры. Чувствительность такого метода контроля достигает 10 -2 мм 3 · МПа/с.
Иногда контроль изделий осуществляют способом бароаквариума с использованием накладных вакуумных камер. Камеру устанавливают на изделии и вакуумным насосом создают в ней требуемое разрежение, после чего в ее внутреннюю полость подают контрольную жидкость (воду). Пузырьки газа в местах течей наблюдают через смотровое окно. Такой способ контроля по сравнению с обычными вакуумными испытаниями обеспечивает большую стабильность регистрации течей, поскольку пузырьки воздуха наблюдаются устойчиво в течение длительного времени.
Пузырьковые методы контроля герметичности имеют широкое распространение благодаря простоте, наглядности, возможности осмотра одновременно всей поверхности объекта, малой стоимости материалов и оснастки. К их недостаткам относятся субъективность оценки, большая трудоемкость и длительность испытания, а также сравнительно низкая чувствительность.
Методы контроля плотности сварных швов. Испытаниям на плотность подвергают емкости для горючего, масла, воды, трубопроводы, газгольдеры, паровые котлы и др. Существует несколько методов контроля плотности сварных швов. Методы испытаний на непроницаемость и герметичность корпусов металлических судов регламентированы ГОСТ 3285—77, метод испытания металлических труб гидравлическим давлением — ГОСТ 3845—75. Нормы и правила гидравлических и воздушных испытаний машин, механизмов, паровых котлов, сосудов и аппаратов судов указаны в ГОСТ 22161-76.
Гидравлическое испытание. При этом методе испытания в сосуде после наполнения его водой или другой жидкостью с помощью насоса или гидравлического пресса создают избыточное давление. Давление при испытании обычно в 1,1. 1,5 раза больше рабочего. Давление определяют по проверенному и опломбированному манометру. Испытываемый сосуд под давлением выдерживают в течение 5. 10 мин. За это время швы осматривают на отсутствие подтекания, капель и отпотеваний.
Испытания наливом воды выполняют для открытых сосудов, резервуаров для хранения нефти, газгольдеров. Время выдержки емкости, заполненной водой, до начала осмотра от 1. 2 ч и более.
Подтекание воды обнаруживают по струйкам и отпотеванию, а также по снижению уровня воды.
При испытании струей воды швы обливают из рукава. Неплотности определяют по появлению капель, струй или намокания швов с обратной стороны. Гидравлические испытания проводят для проверки не только плотности, но и прочности сварных швов.
Пневматическое испытание. При пневматическом испытании сжатый газ (воздух, азот, инертные газы) или пар подают в испытываемый сосуд. Сосуды небольшого объема погружают в ванну с водой, где по выходящим через неплотности в швах пузырькам газа обнаруживают дефектные места. Более крупные сварные резервуары и трубопроводы испытывают путем смазывания сварных швов пенным раствором.
Наличие дефектов при испытании сосудов и трубопроводов определяют по падению давления при выдержке 10. 100 ч. Испытательное давление 1. 1,2 рабочего. Крупногабаритные изделия можно также испытывать струей сжатого воздуха, подаваемого под давлением не менее 400 кПа перпендикулярно шву при расстоянии от конца рукава до поверхности шва не более 30 мм. Неплотности шва определяют по пузырькам в пенном растворе, покрывающем обратную сторону шва.
При испытании под давлением не допускаются обстукивания сварных швов и исправление дефектов.
Вакуум-испытание. Участок шва, проверяемый на плотность, смачивают водным раствором мыла. На шов устанавливают вакуум-камеру, представляющую собой коробку с открытым дном и прозрачной верхней крышкой. По контуру открытого дна вакуум-камера имеет резиновое уплотнение. Из камеры выкачивают воздух до разрежения, обеспечивающего перепад давлений
6. 7 кПа. По вспениванию мыльного раствора, которое наблюдают через крышку, обнаруживают расположение дефектов. Если испытания проводят при отрицательных температурах, в состав эмульсии добавляют 100. 300 г хлористого калия или хлористого натрия. Этот метод нашел применение при контроле стыковых швов днищ резервуаров, облицовок, когда швы недоступны с двух сторон, а также нахлесточных и угловых соединений.
Испытание керосином. Этот метод испытания основан на явлении капиллярности. Такими капиллярными трубками являются сквозные поры и трещины в металле сварного шва. При этом испытании одну сторону стыкового шва покрывают водным раствором мела (350. 450 г мела или каолина на 1 л воды), после высыхания раствора другую сторону смачивают керосином. О наличии дефектов свидетельствуют пятна керосина на покрытой мелом поверхности. Для лучшего обнаружения дефектов применяют окрашенный керосин (2,5. 3 г краски на 1 л керосина). Длительность испытания при положительных температурах 3. 6 ч, при отрицательных — 24 ч и более. Эффективность контроля можно повысить, продувая швы сжатым воздухом под давлением 300. 350 кПа со стороны нанесения керосина, создавая перепад давлений со стороны мелового покрытия, придавая шву вибрацию, а также подогревая соединение до температуры 60. 70 °С.
Контроль возможен при двустороннем доступе к сварным соединениям.
Испытание аммиаком. Сущность этого метода заключается в том, что испытываемые швы покрывают бумажной лентой или марлей, которая пропитана 5%-ным водным раствором азотнокислой ртути или фенолфталеином. В изделие нагнетают воздух до определенного давления и одновременно подают некоторое количество газа (аммиака). Проходя через поры шва, аммиак оставляет на бумаге черные (бумага пропитана раствором азотнокислой ртути) или красные (фенолфталеиновая бумага) пятна.
Испытания с помощью течеискателей. При этом методе испытания применяют гелиевые или галоидные течеискатели. При применении гелиевых течеискателей внутри испытываемого сосуда создают разрежение, а снаружи сварные швы обдувают смесью воздуха с гелием.
В случае использования галоидных течеискателей внутри испытываемого сосуда создают избыточное давление и вводят небольшое количество галоидного газа. Гелий или галоидный газ проникают через неплотности шва и улавливаются специальной аппаратурой. По наличию газа определяют неплотность шва.
Этот метод обладает высокой чувствительностью, и его применяют для контроля ответственных сварных изделий. Для контроля соединений конструкций в атомной энергетике, например, применяют гелиевые течеискатели ПТИ-6, ПТИ-7. Значительно меньшую чувствительность имеют галоидные течеискатели ГТИ-2, ГТИ-3 и ВАГТИ-4.
Цветная дефектоскопия. При этом методе на контролируемую поверхность наносят слой окрашенной жидкости. После выдержки в течение нескольких минут поверхность промывают и протирают, затем покрывают ее тонким слоем проявителя, например каолина. После просушки проявителя выделившаяся из дефектов красящая жидкость окрашивает проявитель в яркий цвет. Краски можно наносить кистью или с помощью аэрозольного баллончика.
Радиографический метод контроля. Рентгеновское и гамма-просвечивание представляет собой разновидность электромагнитных излучений весьма высокой частоты — от 0,5 ? 10 й до 6 • 10 19 Гц. Применение рентгеновских и гамма-лучей для просвечивания материалов основано на их свойстве проникать через непрозрачные тела, воздействовать на фотоматериалы, вызывать люминесценцию некоторых химических соединений, а также изменять электрическую проводимость ряда полупроводниковых материалов.
В условиях строительно-монтажной площадки используют главным образом радиографический метод регистрации дефектов, при котором дефекты шва изображаются на рентгеновской пленке. При этом методе изображение можно получить и на полупроводниковой селеновой пластине с последующим переносом его на писчую бумагу (электрорентгенографический метод регистрации), а также на фотобумаге.
Для контроля сварных соединений в строительстве получили распространение рентгеновские аппараты. Для применения в монтажных условиях удобны портативные импульсные рентгеновские аппараты и переносные гамма-дефектоскопы.
Гамма-излучение, действуя на пленку так же, как и рентгеновское, фиксирует на ней дефекты сварки. Чувствительность гамма-контроля ниже чувствительности рентгеновских снимков; например, на гамма-снимках при просвечивании стали толщиной
10. 15 мм кобальтом-60 выявляют дефекты глубиной 0,5. 0,7 мм, тогда как на рентгеновских снимках видны дефекты глубиной 0,1. 0,2 мм. Чувствительность гамма-снимков, полученных с помощью радиоактивных изотопов — тулия-170, иридия-192 и других, приближается к чувствительности рентгеновских.
Гамма-излучение вредно для здоровья человека, поэтому ампулы с радиоактивным веществом помещают в специальные аппараты — гамма-установки, имеющие дистанционное управление.
Рис. 4.4. Схемы (1—8) просвечивания различных сварных соединений
На рис. 4.4 приведены схемы просвечивания различных сварных соединений.
Ультразвуковой метод контроля. Метод ультразвуковой дефектоскопии основан на способности высокочастотных колебаний (с частотой 20 000 Гц) прямолинейно распространяться в металле и отражаться от границы раздела сред, имеющих разные акустические свойства. Отраженные ультразвуковые колебания имеют ту же скорость, что и прямые, это свойство имеет основное значение в ультразвуковой дефектоскопии.
Узкие направленные пучки ультразвуковых колебаний для целей дефектоскопии получают с помощью пьезоэлектрических пластин кварца или титаната бария (пьезодатчики). Эти кристаллы, помещенные в электрическое поле, дают обратный пьезоэлектрический эффект, т. е. преобразуют электрические колебания в механические. Таким образом, пьезокристаллы под действием переменного тока высокой частоты (0,8. 2,5 МГц) создают направленный пучок ультразвуковых волн в контролируемую деталь.
Ультразвуковые колебания вводят в контролируемое изделие через слой жидкости (минерального масла), необходимый для обеспечения акустического контакта искателя с металлом проверяемого соединения. Поверхность, по которой перемещается искатель (щуп), должна быть зачищена до металлического блеска. Применяют искатели, рассчитанные на частоту 0,6. 10 МГц.
Дефектоскопию швов сварных соединений выполняют эхоимпульсным, теневым или эхотеневым методами. Наиболее распространен эхоимпульсный метод, при котором в шов посылают кратковременные импульсы ультразвуковых колебаний, а в паузах между ними отраженные от дефектов колебания поступают на приемный пьезоэлемент.
Дефектоскоп настраивают на заданную чувствительность с помощью специальных эталонных образцов.
Основные измеряемые характеристики дефектов при заданной чувствительности дефектоскопа: амплитуда эхосигнала, условная протяженность дефекта, условное наименьшее расстояние между дефектами, а также число дефектов на определенной длине шва и расположение их по длине, высоте и ширине шва.
Чувствительность дефектоскопов позволяет выявить дефекты площадью 2 мм 2 и более. Наиболее эффективно контроль выполняют при толщине металла более 15 мм; при толщине металла
4. 15 мм контроль этим методом возможен, но требует весьма высокой квалификации дефектоскописта (оператора).
Швы сварных соединений лучше проверять в нижнем положении. Для контроля швов на вертикальных стенках и в потолочном положении необходимо применять более вязкую контактную жидкость. Скорость ручного ультразвукового контроля обычно составляет 0,5. 1,66 мм/с (2. 6 и/ч).
Магнитографический метод контроля. Сущность метода состоит в фиксации на магнитной ленте полей рассеяния, возникающих над дефектными участками шва при его намагничивании, с последующим воспроизведением этих полей с помощью магнитографической аппаратуры.
Магнитографический метод можно применять для контроля сварных соединений листовых конструкций и трубопроводов из ферромагнитных материалов при толщине основного металла до 16 мм.
Поля рассеяния от дефектов записывают в процессе импульсного намагничивания сварного соединения, на которое наложена магнитная лента. Используют магнитные ленты И2607-35 и И2607-70.
Магнитное поле при наличии дефектов распределяется по поверхности детали по-разному, и соответственно ферромагнитные частицы на ленте намагнитятся в различной степени. Затем ферромагнитную ленту снимают с контролируемого изделия и протягивают через воспроизводящее устройство, состоящее из механизма протяжки и осциллографа с усилителем электрических импульсов.
Магнитографическому контролю могут подвергаться сварные соединения с небольшой чешуйчатостью при высоте валика усиления шва не более 3. 4 мм. Этим методом можно выявить макротрещины, непровары глубиной 4. 5 % толщины контролируемого металла, шлаковые включения и газовые поры. Импульсное устройство ИНУ-1 позволяет намагничивать протяженный участок прямолинейного шва (600. 700 мм) или весь кольцевой шов трубы.
Для контроля сварных соединений применяют магнитографические дефектоскопы МД-9, МД-11, МГК, МДУ-1, МДУ-2, воспроизводящее устройство УВ-30Г.
Магнитопорошковый метод дефектоскопии. Сварной шов стального или чугунного изделия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка (размер частиц 5. 10 мкм). Изделие намагничивают пропусканием тока через обмотку, состоящую из нескольких витков, намотанных вокруг изделия. Под действием магнитного поля, обтекающего дефект, частицы железного порошка гуще располагаются вокруг дефектов. Этим методом выявляют поверхностные дефекты глубиной до 5. 6 мм. Разрешающая способность порошковой дефектоскопии весьма низкая по сравнению с другими методами контроля, поэтому метод эффективен в основном для контроля гладких, чистых, блестящих поверхностей. Магнитопорошковым методом можно проверять качество деталей, изготовленных только из ферромагнитных сплавов.
