СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Способы контроля сварных швов и изделий

Наружный осмотр и проверка размеров шва. Цель такого контроля заключается в выявлении внешних дефектов швов: неров­ности по ширине и высоте, подрезов, неполнсмерности, непровара корня шва, трещин, шлаковых включений, крупных пор. С помо­щью лупы можно заметить мелкие волосяные трещины и поры шва.

Если предполагается, что в данном месте шва имеются трещи­ны, то металл на исследуемом участке промывают спиртом и затем травят 10%-ным водным раствором азотной кислоты до появления матовой поверхности. Перед травлением поверхность металла сле­дует зачистить личным напильником и наждачной бумагой. Лупа должна давать увеличение в 10—20 раз. После осмотра поверхность металла зачищают наждачной бумагой и протирают денатурирован­ным спиртом для удаления остатков кислоты.

Размеры шва (ширину и высоту валика, размеры подварки с обратной стороны и пр.) проверяют соответствующими шаблонами или универсальными измерителями (см. гл. III).

Испытание механических свойств наплавленного металла и сварного соединения. Для проведения такого испытания одновре­менно со сваркой шва сваривают пробные пластины из того же ме­талла, той же толщины, что и основное изделие, и с теми же режи­мами сварки. Из пластун вырезают и изготовляют на станках образ­цы установленной стандартом формы и размеров. Эти образцы под­вергают испытаниям в лаборатории с целью определения механиче­ских свойств наплавленного металла и сварного соединения: вре­менного сопротивления разрыву (предела прочности), относительно­го удлинения, ударной вязкости, а также твердости.

Для испытания механических свойств наплавленного металла из него вытачивают круглый образец (рис. 179, а), который испыты­вают на растяжение с помощью разрывной машины. При этом опре­деляется усилие в килограммах, при котором образец разрывается, относя это усилие к 1 мм2 площади первоначального поперечного сечения образца. Чем больше это усилие, тем прочность наплавлен­ного металла выше.

При данном испытании одновременно определяют относи­тельное удлинение образца, выражаемое в процентах от его первоначальной длины и характеризующее пластичность наплавленного металла.

Для испытания механических свойств сварного соединения из пробной пластины вырезают плоский образец, форма и размеры которого указаны на рис. 179, б. Усиление шва на образце состра­гивают с обеих сторон. Образец подвергается испытанию на раз­рывной машине. Прочность сварного соединения определяют на­грузкой в килограммах, приходящейся в момент разрыва образца на 1 мм2 его первоначального поперечного сечения.

Чтобы установить пластичность металла шва, определяют также угол загиба образца. Для этого испытания изготов­ляют образец, изображенный на рис. 179, в. Образец укладывают на две опоры и подвергают изгибу под прессом. Угол а, при кото­ром на поверхности шва возникает трещина (рис. 179, г), характе­ризует также пластичность наплавленного металла: чем больше угол, тем выше пластичность металла сварного шва и лучше каче­ство сварного соединения. Лучшим считается шов, образец кото­рого обеспечивает угол загиба, равный 180°.

Ударную вязкость металла сварного шва определяют на квадратных образцах сечения 10 X 10 мм с надрезом (рис. 179, д). Эти образцы разрушают на специальной машине путем из­гиба с приложением удара. Образец при этом ломается в месте расположения надреза. Чем большую работу необходимо затра­

тить на излом такого образца, тем выше будет его ударная вяз­кость, измеряемая в кгс-м/см2.

Засверливание шва. Применяют для определения непровара корня шва или кромки в отдельных, наиболее сомнительных местах. В исследуемом месте шов засверливают сверлом или кони­ческой фрезой (шарошкой), диамето которых на 3 мм больше ши-

а)

рины шва. Угол заточки сверла или шарошки должен быть равен углу раскрытия шва. Поверхность засверленного места протрав­ливают 10—12%-ным водным раствором двойной соли хлористой меди и аммония. При этом непровар становится хорошо видимым. После испытания засверленное место заваривают.

Исследование макро - и микроструктуры. Структура металла, видимая невооруженным глазом на отшлифованной и протравлен­ной специальным раствором поверхности образца, называется мак­роструктурой. Шлиф делают на образцах, вырезанных из шва или из пробных пластин. При этом можно выявить непрсвары, шлаковые включения, раковины, поры, трещины, несплавление и пр.

Микроструктурой называется строение основного или наплавленного металла, видимое под микроскопом при увеличении в 100—1000 раз. Поверхность шлифа должна быть тщательно отполи­рована и протравлена 5% -ным спиртовым раствором азотной кисло­ты. Микроструктура позволяет обнаружить в шве перегрев и пе­режог металла, наличие окислов по границам зерен, изменение со­става металла вследствие выгорания при сварке отдельных его эле­ментов, микроскопические трещины, поры и пр.

Исследования макро - и микроструктуры проводят в лаборато­рии и по их результатам судят о правильности применяемого режима сварки. Эти испытания позволяют также установить причи­ны дефектов в шве и предупредить их появление в процессе сварки.

Гидравлические и пневматические испытания резервуаров и сосудов. Цель пневматических испытаний — проверка плот­ности шва. Гидравлические испытания, помимо проверки плотности швов, дают возможность определить прочность резервуара и сосуда в целом при наибольших нагрузках.

При гидравлическом испытании сваренный со­суд наполняют водой и с помощью гидравлического насоса создают в нем давление, превышающее максимальное рабочее давление для данного изделия*. Под пробным давлением сосуд выдерживают 5 мин. Затем давление снижают до рабочего и при этом давлении швы слегка обстукивают на расстоянии 15—20 мм от кромок закруг­ленным молотком весом 1 кг, после чего тщательно осматривают швы. Места, в которых обнаружены при осмотре течь или потение, отмечают мелом и после снятия давления вырубают и заваривают вновь.

Пневматическое испытание производится сжа­тым воздухом только при рабочем давлении сосуда. Плотность швов проверяют, обмазывая их мыльным раствором или погружая в воду, если габариты сосуда позволяют это. В местах пропуска воздуха образуются пузыри. В целях безопасности пневматическое испытание следует производить только после предварительного гидравлического испытания сосуда.

Плотность шва. Проверяют при помощи керосина, который способен проникать в самые мелкие поры и трещины. Для этого шов с одной стороны обмазывают мелом, разведенным на воде. После высыхания мела шов с обратной стороны промазывают керо - сином. При наличии неплотностей, пор и трещин керосин проса­чивается через них, и на меловой покраске появляются хорошо заметные пятна. Этот способ применяется при проверке плотности швов резервуаров и сосудов, не работающих под давлением.

Плотность шва можно проверить также способом С. Т. Назаро­ва. Для этого шов снаружи оклеивают полосками бумаги, пропи­танной 5%-ным раствором азотнокислой ртути, а проверяемый сосуд испытывают на рабочее давление сжатым воздухом с при­месью 1% аммиака. Аммиак проникает через поры и трещины шва и вызывает заметное потемнение на полоске бумаги против дефект­ного места.

Просвечивание швов. Способ просвечивания позволяет обна­ружить в швах внутренние дефекты — трещины, непрсвары, поры, шлаковые включения. Этим способом проверяют швы ответствен­ных изделий, например сосудов, работающих под давлением. Для просвечивания применяют рентгеновские лучи или излучение радио­активных элементов (гамма-лучи[19]). Эти лучи, не видимые челове­ческим глазом, способны проникать через толщу металла, действуя на светочувствительную фотопленку, приложенную к шву с обрат­ной стороны. В тех местах шва, где имеется дефект (поры, трещины и др.), поглощение лучей металлом будет меньше, и они окажут более сильное воздействие на чувствительную к лучам эмульсию пленки. Поэтому в данном месте на пленке после ее проявления будет более темное пятно, соответствующее по размерам и форме имеющемуся дефекту. Снимок шва, сделанный на пленку, носит название рентгенограммы или гаммсграммы шва. Обычно просвечивают 10—15% общей длины шва.

Для просвечивания сварных швов применяют рентгеновские аппараты, состоящие из специального трансформатора с выпря­мителем и особой лампы — рентгеновской трубки. При прохожде­нии через электроды трубки выпрямленного тока высокого напря­жения (150 000—180 000 в) в трубке возникают особые, так назы­ваемые рентгеновские лучи.

В качестве источников гамма-лучей используют следующие радиоактивные вещества: при тонком металле от 1 до 10 мм — ра­диоактивный туллий-170, для просвечивания трубопроводов — ра­диоактивный цезий-134, при толщине металла до 50 мм — радио­активный иридий-192. при толщине до 200 мм — радиоактивный кобальт-60. Небольшое количество радиоактивного вещества по­мещают в стеклянную ампулу.

Рентгеновские и гамма-лучи при больших дозах облучения вредны для организма, поэтому рентгенотрубку или ампулу с радиоактивным веществом помещают в свинцовую оболочку. Сви­нец не пропускает рентгеновские и гамма-лучи и делает процесс просвечивания швов безопасным для обслуживающего персонала. В свинцовой оболочке рентгеновской трубки делают только узкую щель, через которую лучи могут падать на просвечиваемый уча­сток шва. Ампулу с радиоактивным веществом в момент просвечи­вания временно вынимают из свинцового футляра, в котором она постоянно хранится.

Просвечивание швов рентгеновскими и гамма-лучами выпол­няется только специально обученным персоналом. Схемы просве­чивания сварного шва показаны на рис. 180. После проявления пленки шов на ней обозначается в виде светлой полосы. Темные точки на светлой полосе шва указывают места расположения пор или шлаковых включений. Если шов имеет непровар или трещину, то они дают на пленке темные линии.

ГОСТ 7512—55 установлены следующие условные обозначения дефектов швов, обнаруживаемых при расшифровке рентгено-и гаммограмм:

П — газовые включения (поры);

Ш — шлаковые включения;

Н — непровары;

Не —■ непровар сплошной;

Тп — трещины поперечные;

Тпр — трещины продольные;

Тр — трещины радиальные.

По характеру распределения дефекты делятся на следующие группы: А — отдельные дефекты; Б — цепочка дефектов; В — скопление дефектов. Например, если на рентгенограмме имеется следующая запись: ПБ-1-15; Тп-4-1; Ш-0; Н-0; длина снимка 100, то это означает, что на участке шва длиной 100 мм выявлены: це­почка пор размером 1 мм на протяжении 15 мм; одна поперечнай трещина длиной 4 мм; шлаковых включений и непроваров не обна­ружено.

Ультразвуковой и магнитный методы контроля швов. Ульт­развуковой метод основан на способности высокочастот­ных (свыше 20 000 гц) колебаний, не воспринимаемых человеческим ухом, проникать в металл шва и отражаться от поверхности пор, трещин и других дефектов. Ультразвуковые колебания получаются обычно с помощью кварцевой пластинки, которая является источ­ником этих колебаний, если к пластинке подвести переменный ток повышенной частоты (0,8—2,5 мггц). Отраженные ультразвуковые колебания улавливаются искателем (щупом) и затем преобразуют­ся в электрические импульсы, дающие на соответствующий прибор сигнал о наличии дефекта в данном месте сварного шва

Ультразвуковой метод может применяться только для контро­ля швов металла толщиной не менее 8 мм. Этим способом можно предварительно определить местонахождение скрытого дефекта, а затем просветить это место рентгеновскими или гамма-лучами для более точного выявления размеров и характера дефекта.

Рис 180 Схема просвечивания шва рентгеновскими и гамма-лучами-

а — просвечивание рентгеновскими лучами / — рентгеновская трубка, 2 — футляр со евин цовой оболочкой, 3 — просвечиваемый металл, 4—фотопленка в черной бумвге (кассете) 5 — свинцовые плаетрнки 6 — дефект в металле, б — просвечивание шва трубы гамма луча ми, в — ампула с радиоактивным веществом

При магнитном методе сварной шов стального изде­лия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка. Затем изделие намагничивают с помощью постоянного сварочного

электрического тока до 200 а, пропускаемого по обмотке из не­скольких витков провода, окружающего изделие. Под действием магнитного силового поля, возникающего в свариваемом изделии, частицы железного порошка располагаются гуще около мест, где имеются дефекты: непровар, включение шлака, трещина и пр. Это объясняется образованием в этих местах местных магнитных полю­сов, притягивающих частицы магнитного порошка. Магнитным мето­дом можно выявить в стальных изделиях мелкие внутренние тре­щины, непровары и другие дефекты на глубине до 5—6 мм. Дефек­ты на большей глубине этим методом не выявляются. Этот метод широкого практического применения не находит.

Институтом ВНИИСТ (бывш. ВНИИстройнефть) разработан и вне­дрен магнитографический метод контроля сварных швов стальных трубопроводов. Дефекты шва, обнаруженные этим способом, отмечаются (фиксируются) на специальной ферромагнит­ной пленке подобной применяемой для звукозаписывающих уста­новок Вследствие неоднородности металла шва в месте расположе­ния дефекта магнитная проницаемость его изменяется, поэтому меняется и степень намагничивания пленки на этом участке. Нали­чие дефекта, например трещины, увеличивает остаточную намагни­ченность пленки. Если пленку пропустить затем через аппарат для воспроизведения магнитной звукозаписи, а получаемые импульсы передавать на осциллограф[20], то по величине и форме отклонения луча на экране осциллографа можно судить о величине и характе­ре дефекта шва.

Магнитографический метод контроля достаточно прост и точен, им можно проверять швы, находящиеся в различных простран­ственных положениях, он безвреден для обслуживающего персона­ла. Этот метод может применяться для проверки стали толщиной не более 12 мм. Им широко пользуются при контроле стыков тру­бопроводов, свариваемых в полевых условиях. На рис. 181 схема­тически показан способ контроля магнитографическим методом, а на рис. 182 — форма кривых, получаемых на экране осциллогра­фа при различных дефектах шва.

Контроль с помощью электронно-оптического преобразователя. Схема устройства электронно-оптического преобразователя показа - на^на рис. 183. Шов 1 просвечивается рентгеновскими лучами, кото- ры*е, пройдя стеклянную стенку вакуумной трубки, вызывают свечение слоя 3 флуоресцирующего вещества, нанесенного на алю­миниевый экран 2. На экране возникает изображение шва.

І

Рис. 182. Характер кривых на экране осциллографа при различных дефектах, обнаруживаемых магнитографическим методом:

а — продольные трещины, б—поперечные трещниы, в—непровары (выпуклость кривой увеличивается с увеличением глубины непровара), а — гячовые поры и шлаковые включення

Рис 183. Схема электронно-оптического преобразова-

Непосредственно на флуоресцентный экран 5 нанесен фотока­тод 4. Свечение экрана освобождает электроны фотокатода, число которых в каждой его точке будет пропорционально яркости све­чения экрана и интенсивности лучей, прошедших через шов. Ос­вобожденные электроны ускоряются высоким напряжением от внешнего источника питания и попадают на анод—флуоресцентный экран 5, вызывая его свечение, яркостью в 1000 раз большей, чем экрана 3. На экране 5 возникает уменьшенное изображение шва, которое наблюдатель 7 рассматривает через оптическую увеличи­тельную линзу 6. Этим методом можно просматривать все сварные швы, выявляя скрытые в них дефекты.