Справочник сварщика-строителя

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

К дефектам сварных соединений по ГОСТ 19232—73 относится каждое от­дельное несоответствие их характеристик требованиям, установленным норматив­ной документацией. Дефекты в сварных швах приводят к уменьшению проч­ности и снижению эксплуатационной надежности сварных конструкций.

Подрезы, наплывы, прожоги, незаделанные кратеры, остав­шиеся после сварки шлак и брызги

Газовые поры и свищи

Шлаковые включения: мак­роскопические (крупные шла­ки) и микроскопические (пленки окислов по грани­цам зерен)

Поверхностное окисление сварного соединения

Непроварьг корня в соеди­нениях угловых и со скосом кромок; в центре шва при двусторонней сварке металла без скоса кромок; в иижней части шва при односторонней сварке стыковых соединений; по кромкам разных типов соединений; между отдель­ными слоями в многослойных швах

Трещины макро-н микроско­пические: в шве н в зоне термического влияния; про­дольные, поперечные н раз­ветвленные; холодные и го­рячие; трещины в кратере

Чрезмерные сила тока и напряжение на дуге; большой диаметр электрода; неправильное движе­ние электрода в процессе сварки; плохая сборка под сварку; низкая квалификация и небрежность сварщика

Грязный и ржавый основной или присадочный ме­талл; влажные электроды, флюс, порошковая про­волока или газ; плохая газовая защита; сварка длинной дугой; большая скорость сварки и быстрое затвердевание наплавленного металла; частый от­рыв пламени горелки; повышенное содержание уг­лерода в наплавленном металле

Высокий удельный вес, тугоплавкость или повы­шенная вязкость шлаков; плохая зачистка поверх­ности кромок и отдельных слоев при многослойной сварке; затекание шлака в зазоры между сваривае­мыми кромками и в места подрезов; недостаточное раскисление металла шва; избыток кислорода в пламени горелки

Окислительное пламя; частый отрыв горелки, дли­тельный нагрев сварочной ванны прн температуре, превышающей температуру плавления металла; по­вышенный режим сварки; неудовлетворительная защита шва

Плохая очистка кромок; большая скорость сварки; неправильная подготовка кромок под сварку (ма­лый угол скоса кромок и зазор, большое притуп­ление, перекос илн смещение кромок и т. д.); ма­лые поперечные колебания при газовой сварке; не­достаточная тепловая мощность дуги или пламени; неправильный угол наклона электрода нли горел­ки; направление дуги (пламени) на одну из кромок; неправильная установка электрода прн механизи­рованной сварке; магнитное дутье прн сварке на постоянном токе; чрезмерно большой диаметр элект­рода для данных размеров и формы подготовки кромок; неправильный выбор полярности; наличие непроверенных (или неу деленных) дефектных прихваток

Неправильная последовательность наложения швов; повышенное количество наплавленного металла в жестких закреплениях; нерациональная конструк­ция с большим количеством швов, особенно пере­секающихся; повышенная скорость охлаждения за­каливающихся сталей и чугуна; неправильный вы­бор сварочных материалов; повышенное содержание серы, фосфора н углерода в металле; наличие не - проваров, кратеров и других дефектов в швах; сварка без предварительного и сопутствующего по­догрева

Внешний осмотр (ГОСТ 3242—79). Служит для определения наружиых дефектов в сварных швах. Производится невооруженным глазом или с помощью лупы 10-кратного увеличения. Перед осмотром сварной шов н прилегающую к нему поверхность металла шириной 20 + 20 мм очищают от шлака, брызг и загрязнений, стыки паропроводов из аустенитных сталей проходят механиче­скую и химическую обработку. Размеры сварного шва и дефектных участков определяют измерительным инструментом и специальными шаблонами. Границы трещин выявляют путем засверлнвания, подрубки металла зубилом, шлифовки дефектного участка и последующего травлення. При нагреве металла до вишне­во-красного цвета трещины обнаруживаются в виде темных зигзагообразных лнипй. В случаях, когда необходима термическая обработка сварных стыков, внешний осмотр н измерения следует производить до и после термообра­ботки.

Просвечивание сварных соединений (ГОСТ 3242—79, ГОСТ 7512—75 и ГОСТ 23055—78). Основано на способности рентгеновских или гамма-лучей проникать через толщу металла, действуя на чувствительную фотопленку, фото­бумагу, или селеновую пластину, приложенную к шву с обратной стороны. В местах, где имеются поры, шлаковые включення или непровар, на пленке (пластине) образуются более темные пятна. Рентгенопросвечнваиием выявляют дефекты в металле толщиной до 60 мм размером 0,5—3% толщины металла, гамма-просвечнваиием — в металле толщиной до 100 мм размером 2—5%. Про­свечивание не позволяет выявлять трещины, если они расположены под углом не более 5° к направленню центрального луча, а также непровары в виде сли­пания свариваемых металлов без газовой или шлаковой прослойки. При обнару­жении в шве недопустимых дефектов просвечивают удвоенное количество швов (стыков). Если вновь обнаруживают дефекты, то просвечивают все швы, зава­ренные данным сварщиком. Выявленные дефекты удаляют, швы переваривают и вновь просвечивают. При оценке качества швов рекомендуется иметь эталон­ные снимки для толщин 8—12, 14—20, 30—50 н 60—100 мм с характерными дефектами. Альбомы эталонных снимков утверждаются инспекцией Госгортех­надзора и администрацией и являются неотъемлемой частью технических усло­вий на приемку изделий.

Магнитографический контроль (ГОСТ 3242—79). Основан на обнаружении полей рассеивания, образующихся в местах дефектов при намагничивании конт­ролируемых изделий. Поля рассеивания фиксируются на эластичной магнитной ленте, плотно прижатой к поверхности шва. Запись производят на дефектоскопе или считывают. Выявляют поверхностные и подповерхностные макротрещины, непровары, поры и шлаковые включення глубиной 2—7% на металле толщиной 4—12 мм. Мемее четко обнаруживаются поры округлой формы, широкие непро­вары (2,5—3 мм), поперечные трещины, направление которых совпадает с направ­лением магнитного потока. В ряде случаев результаты магнитного контроля проверяют просвечиванием. Производительность метода 5—6 м/мии.

Ультразвуковой метод (ГОСТ 3242—79, ГОСТ 22368—77). Основан на раз­личном отражении направленного пучка высокочастотных звуковых колебаний (0,8—2,5 Мгц) от металла (сварного шва) и имеющихся в нем дефектов в виде несплошностей. Применяют для контроля сварных швов сталей и цветных метал­лов. Для получения ультразвуковых волн используют пьезоэлектрические пла­стинки нз кварца или тиганата бария, которые вставляют в держателн-щупы. Отраженные колебания улавливают искателем, преобразуют в электрические импульсы, подают на усилитель и воспроизводят индикатором. Для обеспечения акустического контакта поверхность изделия в месте контроля обильно покры­вают маслом (автол марок 6, 8, 18; компрессорное масло и т. д.). Предельная чувствительность при толщине металла до 10 мм 0,2—2,5 мм2, свыше 10 до 50 мм 2—7 мм2, свыше 50 до 150 мм 3,5—15 мм2.

Вскрытие шва (ГОСТ 3242—79). Применяют для определения дефектов в сомнительных местах, после проведения контроля другими методами, а также для контроля угловых швов. Вскрытие производят вырубкой, сверлением, терми­ческой строжкой, а также вырезкой участка сварного соединения. При засвер - ливании в сварном шве высверливают воронкообразное углубление диаметром

на 2—3 мм больше ширины шва. Поверхность воронки шлифуют и протравли­вают 15%-пым раствором азотной кислоты. При этом отчетливо выделяются гра­ницы шва.

Контроль плотности методом химических реакций (ГОСТ 3242—79). На на­ружный шов металла толщиной до 16 мм наносят 4%-ный раствор фенолфталеина или накладывают марлю, пропитанную 5%-ным раствором азотнокислого серебра. В изделие нагнетают воздух в смеси с аммиаком (его получают из баллона со сжиженным газом). В местах локальных течей фенолфталеин окрашивается в ярко-красный цвет, а азотнокислое серебро — в серебристо-черный. Перед испы­танием требуется тщательная очистка шва от загрязнений и шлака.

Люминесцентная и цветная дефектоскопия (ГОСТ 3242—79). В полость де­фекта вводят флюоресцирующий раствор или ярко-красную проникающую жидкость, которую затем удаляют с поверхности. Под действием ультрафиоле­товых лучей происходит видимое свечение раствора, адсорбированного из полости дефекта. При цветной дефектоскопии дефекты выявляют белой проявляющейся краской (на белом фоне появляется красный рисунок, соответствующий форме дефекта). С помощью этих методов выявляют поверхностные дефекты, главным образом трещины в различных сварных соединениях, в том числе из немагнит­ных сталей, цветных металлов и сплавов. Для цветной дефектоскопии исполь­зуют готовые комплекты (ДАК-2Ц).

Керосиновая проба (ГОСТ 3242—79). Служит для определения плотности сварных швов на металле толщиной до 10 мм. Керосиновой пробой обнаружи­вают дефекты размером 0,1 мм и выше. Доступную для осмотра сторону шва покрывают водной суспензией мела нли каолина и подсушивают. Противопо­ложную сторону смачивают 2—3 раза керосином. Проницаемость обнаруживают по жирным желтым пятнам иа поверхности, покрытой мелом или каолином. Продолжительность испытания составляет не менее 4 ч при положительной температуре и не менее 8 —- прн температуре ниже О3 С. Если швы нагреть до 50—60° С, то процесс ускорится до 1,5—2 ч. Его также можно ускорить, добавляя в керосин краску «Судан-Ш» (2,5 г/л) и обдувая швы со стороны керосина сжатым воздухом илн создавая вакуум.

Гидравлическое испытание (ГОСТ 3242—79, ГОСТ 3285—77). Налив воды применяют для испытания на прочность н плотность вертикальных резервуаров, газгольдеров н других сосудов с толщиной стенки не более 10 мм. Воду нали­вают на полную высоту сосуда и выдерживают не менее 2 ч. Поливу нз шланга с брандспойтом (диаметр выходного отверстия 15—30 мм) под давлением не ниже 1 атм (0,1 МПа) подвергают сварные швы открытых сосудов. При испы­тании с дополнительным гидростатическим давлением последнее создают в на­полненном водой и закрытом сосуде с помощью напорной трубки диаметром не менее 30 мм, а также гидравлическим насосом. Величину давлення опреде­ляют по техническим условиям и правилам Котлонадзора. При проведении испы­таний сварные швы обстукивают молотком массой 0,5—1,5 кг. Дефектные места определяют по наличию капель, струек воды н отпотеваний.

Пневматическое испытание (ГОСТ 3242—79, ГОСТ 3285—77). Метод основан на созданнн с одной стороны шва избыточного давления воздуха и промазыва­нии другой стороны мыльной пеной, образующей пузыри под действием прони­кающего через неплотности сжатого воздуха. При созданнн в сосудах избыточ­ного давления воздуха утечку определяют также по пониженню давления иа манометре. Небольшие сосуды под давлением опускают в воду и следят за появлением пузырьков выходящего воздуха. Обдувают швы сжатым воздухом под давлением 4—5 атм (0,4—0,5 МПа) при расстоянии между наконечником шланга н швом не более 50 мм. Мыльный раствор: 100 г хозяйственного мыла на 1 л воды (зимой до 60% воды заменяют спиртом или применяют незамер­зающие жидкости).

Вакуум-метод (ГОСТ 3242—79, ГОСТ 3285—77). Сущность метода заклю­чается в создании вакуума н регистрации проникновения воздуха через дефекты на одной, доступной для испытания стороне шва. Применяют для испытания на плотность днищ вертикальных резервуаров и других конструкций. Выявляют сквозные неплотности размером 0,1 мм и более металла толщиной до 16 мм. В качестве пенного индикатора используют мыльный раствор (250 г хозяйствен­ного мыла на 10 л воды), а в зимнее время —водный раствор хлористой соли (кальция или натрия) с концентрированным раствором экстракта лакричного корня (1 кг экстракта на 0,5 л воды).

Для создания вакуума используют плоские, кольцевые и сегментные камеры. Величина вакуума 500—600 мм вод. ст. (5000—6000 Па). Длительность испы­тания 20 с.

Технологическая проба (ГОСТ 3242—79). Служит для определения сплав­лення металла, характера излома соединений (по шву или по основному металлу), наличия непровара и других внутренних дефектов на образцах. Место разрешения осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы 10-крат - ного увеличения. Применяют при аттестации сварщиков, испытании сварочных материалов и выбранной технологии.

Определение склонности швов к межкрнсталлитиой коррозии (ГОСТ 6032—75). Служит для проверки склонности соединений, изготовленных из легированных ферритнкх, аустенитно-мартенситных, аустенитно-ферритных и аустенитных ста­лей (например, сталей типа 18-8), к межкрнсталлитиой коррозии в зависимости от свойств применяемой стали и условий работы сосуда. Образцы, изготовлен­ные из сварного соединения, в течение определенного времени находятся под воздействием специального раствора, после чего их промывают, просушивают н загибают под углом 90°. Наличие трещин указывает па то, что образец испытаний не выдержал.

Металлографическое исследование (ГОСТ 3242—79). Макроструктуру контро­лируют для установления глубины проплавлення металла, ширины зоны терми­ческого влияния, наличия внутренних дефектов путем осмотра поверхности об­разца, вырезанного поперек сварного шва с помощью режущего или абразивного инструмента (огневая резка должна быть на расстоянии, при котором в иссле­дуемом еечении не происходит структурных изменений). Контролируемую поверхность шлифуют и подвергают травлению специальными реактивами до четкого выявления структуры. Микроисследованием устанавливают точность со­блюдения предписанной технологии сварки и термической обработки. Шлифы - тем плеты перед испытанием полируют и протравливают 4%-ным раствором азот­ной кислоты в этиловом спирте.

Механические испытания (ГОСТ 6996—66*). Данное испытание позволяет определить прочность и пластичность сварных соединений. Образцы сваривают в тех же условиях, что н изделие, или вырезают нз него. Испытания на разрыв и загиб (сплющивание для труб диаметром до 100 мм) являются обязательными, на ударную вязкость — только для назначенных изделий. Испытания проводят при проверке квалификации сварщиков, а также для определения пригодности сварочных материалов н выбранной технологии сварки.

Испытание на твердость (ГОСТ 22761—77). Его применяют для проверки качества термической обработки сварных соединений толстостенных трубопро­водов из углеродистых (С) и хромомарганцовистых (ХГ) сталей, а также тру­бопроводов из легированных сталей перлитного и мартенситно-ферритного клас­сов (ХМ и ХФ).

Твердость измеряют на двух участках по окружности стыка на трубах с на­ружным диаметром более 100 мм и на одном участке при наружном диаметре труби до 100 мм. При автоматической сварке н общей термической обработке допускается производить измерение на одном участке независимо от наруж­ного диаметра. Измеряют в пяти точках: по центру шва, на расстоянии 1—2 мм от границы сплавлення в сторону основного металла и на расстоянии 10—20 мм от границы сплавления — на основном металле.

Испытанию подвергают 15% общего количества сваренных каждым свар- шиком в течение месяца однотипных стыков на сталях групп С н ХГ, но не ме­нее двух, и 100% стыков на сталях групп ХМ и ХФ.

По результатам измерения твердости качество сварки считается неудовлетво­рительным, если:

снижение твердости наплавленного металла превышает 25 НВ по сравнению с нижним значением твердости основного металла;

твердость наплавленного металла превышает 20 НВ по сравнению с верхним значением твердости основного металла;

разность в твердости основного металла и зоны термического влияния превышает 50 НВ на сталях групп С н ХГ и 75 НВ на сталях групп ХМ и ХФ.

При разности в твердости, превышающей допустимую, стыки повторно тер­мически обрабатывают. При разности в твердости, превышающей допустимую иа сталях групп С и ХГ, твердость замеряют на 100% стыков; в случае необ­ходимости производят термическую обработку независимо от толщины стеики. Прн разности в твердости, превышающей допустимую после повторной термиче­ской обработки, делают стилоскопирование наплавленного металла всех однотип­ных производственных стыков, сваренных данным сварщиком во время послед­ней контрольной проверки. Прн несоответствии химического состава наплавлен­ного металла заданному стыки бракуют окончательно.

В полевых условиях применяют переносные твердомеры типа ТПП-10, ТПК-1, ТШП-3, ТШП-4 и ТШП-0,75. Для приближенного определения твердости по Бринеллю (НВ) служат приборы с произвольной энергией удара, называемые твердомерами Польдн-Хютте.

Динамическое нагружение стального шарового индентора осуществляют посредством удара по бойку (штоку) ручным молотком. При ударе индентор одновременно внедряется в эталон н изделие. Твердость находят путем сравне­ния отпечатков.

Контроль содержания ферритиой фазы в швах (ГОСТ 11878—66*). Наплав­ленный металл на содержание ферриткой фазы контролируют на изделиях из стали группы ХН переносными ферритометрами ФА-1 ФМ-10Н и альфа-фазомет­рами в объеме 100% на трубах, предназначенных для работы при температуре свыше 350° С и в коррозионных средах (при наличии требования в проекте). Измерения производят не менее чем в пяти точках иа каждой из трех равно - расположенных по окружности стыка площадок размером не более 10 X 10 мм. На трубах с наружным диаметром не менее 50 мм замеры проводят на двух диаметрально-противоположных площадках. Шероховатость поверхности, подго­товленной под замеры, должна быть не менее Rz= 20 по ГОСТ 2789—73 (СТ СЭВ 638—77).

Результаты измерений на содержание ферритной фазы считаются неудовле­творительными, если количество ее превышает 7% в деталях, предназначенных для работы при температуре свыше 350° С; 3%—в трубопроводах из хромони - кельмолибдеиовых сталей, работающих в коррозионной среде, с толщиной стсики трубы до 5 мм и в корне на высоте не меиее 5 мм — при большей толщине, а также 5% — на наружной поверхности швов деталей из тех же сталей с тол­щиной стенки трубы более 5 мм.

Стилоскопирование наплавленного металла. Стилоскопирование, или экспресс - анализ химического состава наплавленного металла, проводят с целью установ­ления соответствия марок использованных сварочных материалов требованиям технических условий и производственных инструкций на сварку. Стилоскопиро - ванию иа выявление основных легирующих элементов подвергают наплавленный металл шва в случае, рассмотренном выше, и если соответствие использованных сварочных материалов назначенным вызывает сомнение. Для этой цели служат переносные стнлоскопы СЛП-2 п СЛП-4, стационарные СЛ-12 «Спектр».

При получении неудовлетворительных результатов выполняют стилоскопиро­вание 100% однотипных стыков, сваренных данным сварщиком. При несоответ­ствии (по результатам стилоскопироваиня) химического состава наплавленного металла требуемому проводят химический анализ лабораторными методами, результаты которого считаются окончательными.

Техническая характеристика дефектоскопов для просвечивания сварных швов ■ условиях монтажа

Примечания: !. Для рентгеноаппаратов приведены максимальная толщина просвечи­

ваемой стали с флюоресцирующими усиливающими экранами (BI1-I, ВП-2 и др.) и амплитуда имп'.’льса напряжения на трубке импульсного аппарата. 2. Просвечивание ведут на рентгеновских пленках или с получением отпечатков на обычной бумаге (электрорентгенографня), для чего используют аппараты «Эрепг», «Арекс-СМ» и т. п. Новым методом является получение отпечат­ков на tj итобумаге (рентгенсфотография)

Характеристика основных источников гамма-излучения

Примечание. Рекомендуются источники на базе изотопа Ирндий-і92: ГИД-ИЗ (12 Кн), ГИД-И4 (24 Кн), ГИД-И5 (40 Кн), ГИД-И6 (120 Кн). Последний может нести аппарат Гамма-

Переносные ультразвуковые дефектоскопы

Позволяют обнаруживать дефекты с эквивалентной площадью не меиее І мм* на частоте 5 МГц, расположенные на глубине не бо­лее 100 мм. Отличаются схемами некоторых каскадов и типов электроннолучевой трубки. Пита­ние от сети переменного тока напряжением 36 н 220 В

Позволяет выявлять дефекты в стали с эквивалентной площадью 2—3 мм* на глубние до 100 мм. Его можно установить в гори­зонтальном положении на откид­ной ножке нлн укрепить ремнями иа груда оператора. Дефектоскоп работает от сети переменного то­ка напряжением 220 н 36 В, а также от аккумуляторной бата­реи напряжением 12 В По своим параметрам аналогичен прибору УДМ-1М, от которого отличается возможностью боле* точного сравнения амплитуд эхо - сигналов непосредственного от­счета координат отражающих по­верхностей по шкале глубиномера Монтажное устройство с питани­ем от электросети н автономным. Минимальная площадь выявляе­мых дефектов 1—2 мм*

Передвижные лаборатории для неразрушающего контроля качестяа сварных со-