СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Сущность основных видов неразрушающего контроля качества сварки

Контроль внешним осмотром. Внешним ос­мотром выявляются: несоответстви: геометри­ческих размеров швов проектным (размеры швов определяются специальными шаблонами); подрезы' непровар в корне соединения (ориен­тировочно); поверхностные трещииы (продоль­ные или поперечные); наружные газовые поры В раковины; крупная чешуйчатость и нер шго* мерность шва; незаплавленные кратеры; ко­робление изделия или отдельных его элементов.

Контролю внешним осмотром подверга­ются все сварные конструкции неіаписнмо от их назначения и ответственности. Внешний осмотр сварных деталей эффективен только тогда, когда он производится квалифицирован- ным и опытным контролером.

Радиационные виды контроля. Надежным и широто применяемым в настоящее врем* явля­ется радиационный контроль просвечиванием сварных соединений рентгеновским и гамма - излучением.

Выявление дефектов металла обеспечивается способностью рентгеновского излучениг про­никать через твердые материалы, в том числе и металлы. При прохождении через металл рент­геновское излучение понижает свою интенсив - ност> вследствие поглощения его атомной ре­шеткой металла. Лучи ослабляются тем силь­нее, чем больше атомов встречают они на своем пути. Поэтому степень ослабления рентгенов­ского излучения зависит от физических и хими­ческих свойств материала, его koj. ячества и массы. Неодинаковая интенсивность лучей, про­шедших через просвечиваемый объект, фюсси-

руется с противоположной стороны исследуе­мого участка на фотопленке (рис. 158). Излу­чение оказывает на вещество пленки химическое воздействие, которое выражается в почернении фотопленки. Дефекты выявляются в виде чер­ных пятен на светлом фоне порошею шва.

Рентгеновскс г излучение вызывает свето­возбуждающее дейстаие некоторых веществ: это действие состоит в том, что эти вещества (например, платиносинеродистый барий, сер­нистый цинк и др.) при действии на них рентге­новского излучения флюоресцируют, т. е. дают свечение. Этс свойство рентгеновского излуче­ния используется при экспозиции не на пленку, а на экран при просвечивании металлов.

Применяется контроль рентгеновским излу­чением с использованием экрана в сочетании с телевизионным устройством, преобразующе­го рентгеновское изображение в видимое (уста­новка типа РИ — рентгенотелевизионньд”: ин - троскоп). Чувствительность этого контроля не уступает чувствительности фотоконтроля (1% и более), а производительность контроля очень высока.

Скорость передвижения проверяемого изде­лия составляет у рентгенотелевизионного ин- троскопа «РИ-10 Т» 0,5 м/мин.

Интроскопы могут работать с различными рентген эвекими аппаратами, например типа РУП-150-10.

Для контроля в условиях монтажа выпуска­ются портативные импульсные рентгеновские аппараты «РИНА-1Д», «ИРА-1Д» и другие с максимальной толщиной стали, досі упнш для рентгенографирования, до 25 мм.

Гамма-излучение, имеющее те же свойства, отличается от рентгеновского более высокой жесткостью и относительнр малой длиной вол­ны; следовательно, оно может проникать в металл глубже, чем рентгеновское излучение. Оно позволяет просвечивать металл толщиной до 300 мм. Чувствительность к выявлению де­фектов гамма-излучением несколько ниже, чем при просвечивании рентгеновским. Поэтому гамма-излучение применяют для обнаружения относительно крупных дефектов с размерами более 2—4% толщины просвечиваемого ме­талла. Большое поеи:лущество просвечииания гамма-излучением заключается в отсутствии громоздкой аппаратуры, связанной с подв >д - кой электроэнергии и охлаждающей воды, а также портативность источника излучения и возможность просвечивания в местах, недоступ­ных для рентгеновского аппарата. Однако круп­ным недостатком при просвечивании гамма -

излечением івляется невозможность регулиро - ьания интенсивности излучения, которая в рент­геново сок трубке регулируется подводимым к ней напрягсенисм. Кр<^ме этого, работа с гамма - аппаратами более опасна для операторов, чем работа с рент, гновскими. Г^мма-і” лучение, имеющее большую жесткость, при неосторожг иом обращении с гамма-аппаратом может вы­звать « ильное и опасное об. іученке.

Расшифровка рентгенограмм. На негативе рентгенограммы (рис. 159) дефекты изобра: ятся в виде черных точек (газовые поры), неправильной формы пятен (шлаковые включе­ния), в виде прямой черной линии и полос (непровар, трещина).

Газовая пористость выявляется на пленке в виде округлых изображений различного раз­мера и плотности, которые располагаются изо­лированно, группами или разбросаны беспоря­дочно ijb полю шва.

Шлаковые включения проявляются на плен­ке как теневые изображения удлиненной не­правильной формы, располагаются изолиро­ванно і одном направлении или разбросаны в бе :порячке по полю шва.

Непровар представляется темной тенью, ко­торая обычно имеет вытян/i ую форму. Непро­вар в корне соединена виден как прямая тем­ная сплошная или прерывающаяся линия; часто имеет вид прямой, идущей по оси шва.

Трещины проявляются на пленке в виде чегких темных изгибающихся линий. Подрез ввден на пленке как темная линия рядом с основным металлом.

Особенности просвечивания сварных швов рентп „овскчм и гамма-йзлучением. Поскольку о дефекте в шве судят лишь по отраженному изображению, то просвечивание только с одной позиции не дает возможности определить глу­бину залегания дефекта. Глубину дефекта пред­положительно определяют по расстоянию мЪк - ду изображениями, полученными на р :нтге - новских пленках при просвечивании под двумя различными взаимго пересекающимися угла­ми. Схема расположения дефектометра и креп­ления кассеты с пленкой показана на рис. 160

Толщину дефекта определяю - сравнением плотностей изображения на пленке дефекта со специальным эталоном. При этом способе на плотность изображения дефекта влияет кроме толщины также и его ширина. В случае неболь­шой ширины дефекта могут иметь место зна­чительные погрешности. Все это создает слож­ность расшифровки тонких дефектов и их глу­бины залегания.

Оценка качества сварного шва по рентге­новскому или гамма-снимку производится по трехбалльной системе. Сварные ивы, оцененные баллом 1, подлежат исправлению.

Ультразвуковой контроль сварных швов. Ульразвуковой способ обнаружения дефектов сварки основан на отражении направ точного иі. іпульса высокочастотной звуковой волны.

Обычно частоты ультразвуковых колебаний превышают 20 ООО Гц и находятся выше акусти­ческого диапазона, воспринимаемого нормаль­ным человеческим ухом. Эти волны распростра­няются в однородных материалах по относи­тельно прямым линиям и при достижении гра­ницы раздела двух сред (например, однород­ный металл шва и внутренний г. ирок) прелом­ляются и отражаются. Отраженный пучок уси­ливается, преобразуется в переменный ток н подается на экран электроннолучевой труОси. на которой изображается соответствующей фор­мы импульс ультразвуковой волны. Расшифров­ка этого импульса позволяет определить нали­чие в шве дефекта.

Ультразвуковой контроль имеет следующие основные преимущества:

высокая чувствительность (1—2%), позво­ляющая обнаруживать, определять местона­хождение и измерять небольшие дефекты (пло­щадью более 2 мм2);

большая проникающая способность звуко­вых волн, позволяющая контролировать тол­стые материалы (для стали до 2 м);

возможность контроля только с одиой по­верхности сварного соединения.

Однако ультразвуковой контроль имеет так­же и существенный недостаток, ограничиваю­щий его применение или затрудняющий про­верку качества сварных швов; он выражается в сложности расшифровки дефектов шва из-за влияния внутренней структуры (крупное зерно, тонкодисперсные включения); сложной кон­фигурации и ориентации дефекта и сложного вида сварного изделия.

При прозвучивании неоднородного металла, каким является металл почти каждого свар­ного соединения, происходит большое рассеи­вание энергии ультразвуковых волн, которое приводит к сложному и нечеткому изображе­нию импульса дефекта на экране электронно­лучевой трубки. Чрезмерное рассеивание энер­гии колебаний может привести к нехватке ее для обнаружения дефекта.

I Поэтому ультразвуковой контроль часто применяют как предварительный в сочетании с последующим просвечиванием швов рентгенов­ским или гамма-излучением. При всех случаях ультразвуковой контроль швов должен выпол­няться высококвалифицированными и опытны­ми операторами.

Получение и обнаружение ультразвуковых волн. В дефекто­скопии применяется пьезоэлектрический способ получения ультразвуковых волн, при которых электрические колебания превращаются в ме­ханические.

Выходной сигнал от импульсного генератора (рис. 161) проходит через датчик (щуп) к свар­ному соединению. Датчик представляет собой пластинку из пьезоэлектрического материала, которая вибрирует, преобразуя переменный электрический ток в механические колебания. В качестве пьезоэлектрических материалов мо­гут служить кварц, сульфат лития, титанат ба­рия и др.

Частота импульса регулируется толщиной пьезоэлектрической пластинки. Щуп с пьезо­электрической пластинкой прижимается к по­верхности сварного соединения через акусти­ческую (контактную) среду (слой воды, машин­ного масла, глицерина и др.), так как воздух

является плохим проводником ультразвуковых волн и препятствует их прохождению. Тонкий слой жидкости облегчает также перемещение датчика по поверхности сварного соединения. Акустический контакт может быть также до­стигнут погружением сварного изделия с щу­пом в водяную ванну.

Упругие колебания достигают Максималь­ного значения тогда, когда частота электриче­ских колебаний совпадает с колебаниями пла­стины. Поэтому ультразвуковой дефектоскоп должен с определенной скоростью генерировать (вырабатывать) ультразвуковые волны требуе­мой частоты.

Требуемая частота зависит от размера кон­тролируемого дефекта и требуемой глубины проникновения. Например, чем выше частота, тем на большей глубине выявляется дефектен тем меньше дефект, который может быть об­наружен.

Для контроля качества сварных швов целе­сообразно использовать импульсные ультра­звуковые дефектоскопы. В этой системе дефек­тоскопа генератор высокой частоты подает кратковременный импульс тока на датчик из пьезоэлектрического материала, затем насту­пает пауза, после чего снова следует очередной импульс и т. д.

Ультразвуковой пучок, достигший дефекта в шве, отражается и принимается либо другим щупом (приемным в случае двухщуповой схе­мы), либо тем же (подающим — однощуповая схема) во время паузы между импульсами.

Выполнение контроля сварного щва и мани­пуляция щупом иллюстрируются рис. 162. Щуп I должен перемещаться параллельно сварному шву зигзагами, как показано на рис. 162 .

При движении щупа 1 контролируется только часть шва (на рис. заштрихована). Для обсле­дования всего поперечного сечения цша щупом выполняют зигзагообразные движения, мед-

леино удаляясь or шьа на расстояние, достаточ­ное для обследования всего шва (щуп 2 на рис. 162).

Области применения ультразвукового конт­роля. При контроле ультразвуковым дефекто­скопом УЗД-7 могут быть выявлены трещины и непровары глубиной более 0,15—0,2 мм при их длите не менее 5 мм; газовые поры и шла­ковые включения диаметром і—1,5 мм и более при толщине сваренной стали свыше 5 мм.

Практически минимальная толщина контро­лируемых дефектоскопом УЗД-7 сварных швов составляет 8—10 мм; при меньшей і олщине дефекты выявляются нечетко.

На стройках наибольшее применение нахо­дят приборы типа УДМ-1М, ДУК-1 ЗИМ, ДУК-ВИМ (батарейное питание).

Промышленностью выпускаются также ультразвуковые дефектоскопы УЗД-НИИМ-5, ДУК-11ИМ, ДУК-66П, УДМ-3. Питание де­фектоскопов произгодтх я от сети напряже­нием 12, 36, 127 или 220 В; в некоторых типах дефектоскопов предусмотрено также питание от аккумуляторных батарей напряжением 12 В. Дефектоскопы обеспечивают глубину прозву - чивания до 700 мм (УДМ-3 — до 2000 мм), выявление дефектов в стали площадью 2—3 мм2 на глубине до 100 мм.

Ультразвуковой вид контроля применим для прозвучивания труб со стенкой толщиной более 8 мм.

Магнитные виды контроля. Магнитный вид контроля металла основан на том. что при про­хождении магнитных силовых линий по испы­туемому материалу в местах дефектов возни­кают поля рассеяния (рис. 163). Если на поверх­ности металла нанести феррс нагштг ■й моро­шок, то над местом расположения дефекта соз­дадутся скопления порошка в виде правильно ориентированного магнитного спектра.

Намагничивание осуществляется пропуска­нием тока по детали, сованием магнктгого поля вокруг детали действием природного маг­нита или электромагнита. Неравномерность поля определяется искателем, в частности маг­нитным порошком, который и указывает место­положение и протяженность Дефекта в детали.

Удобным способом создания магнитного потока является пропускание тока плотностью 15—20 А/мм2 по виткам сварочного провода, наматываемо, о тремя—шестью витками на деталь (рис. 164). Для намагничивания лучше применять постоянный ток.

С помощью магнитного порошка можно вы­являть любыв внутренние дефекты. В настоя­щее время этот вид контроля применяют для выявления’

поверхностных трещин, невидимых невоору­женным глазом;

трещин, находящихся внутри металла на глубине не более 15 мм (чем больше ширина трещины, тем легче ее выявить);

расслоение металла.

Можно обнаруживать также крупные газо­вые раковины, поры и шлаковые включения, расположенные на глубине не более 3—5 мм.

Существует два способа контроля с помощью магнитного порошка: сухой и мокрый. В пер­вом случае магнитный порошок (охра, сурик,

железные опилки, окалина и т. д.) находится в сухом виде; во втором случае магнитный по­рошок находится во взвешенном состоянии в жидкости (керосине, мылы Юм растворе, воде). Сухим способом можно обнаружите как по­верхностные, так и глубинные дефекты; мок­рым способом лучше обнаруживаются поверх­ностные дефекты.

В производстве сварных трубопроводов для, контроля качества швов находит применение магнитографический способ контроля с помо­щью магнитной ленты. Он основан на записи полек, рассеяния, возникающих над дефектами, на ферромагнитную ленту и последующем вос­произведении их магнитографическим магнито - скопом. В результате сравнения контролируе­мого стыка с эталоном контролер делает вывод О характере дефектов й пригодности стыка. Согласно методике ВНИИСТ магнитографиче­скому контролю можно подвергать стыки тру­бопроводов и стыковые швы листовых металло­конструкций с толш шами стенок от 2 до 16 мм.

І Іагнитографический способ более чувстви­телен к наружным недопустимым дефектам швов — резким переходам по усилению круп­ной чешуйчатости шьа, подрезам и гребенча­тому усилению Но часто этот вид непригоден для выявления внутренних дефектов. Например, стыки трубопроводов диаметром мепее 114 мм с толщиной стенки 4 мм могут иметь усиления шва высотой более 40% толщины стенки трубы. При магнитографировании запись от дефекта сливается с записью от усиления. В результате этого кон' роль таких соединений становится невозможным.

Надежность магнитографического контроля возрастает с уменьшением отношения усиления шва к толщине стенки трубы.

В некоторых случаях магнитографический вид контроля может заменить контроль про­свечиванием.

Для особо ответственных сварных конструк­ций с высокими требованиями к качеству свар­ных соединений целесообразнее применять оба вида контроля. При этом можно рентгенопро - свечивание применять лишь для расшифровки дефектов,, выявленных маї нитографическим контролем.

Применяются дефектоскопы МД-9, МДУ, МГК-1, ВУМД-7 и др.

Контроль непроницаемости швов. Контроль, основанный на проницаемости газов (воздуха, смеси воздуха с аммиаком и другими индикато­рами) н жидкостей (воды, керосина), широко используется для проверки герметичности со­судов и трубопроводов.

Гидравлическое испытание. Гидравлическому испытанию подвергаются раз­личные сосуды, котлы и трубопроводы, работающие под давлением. Гидравлическим испытанием контролируется не только плат­ності сварных соединений, но іакже относи­тельная прочность всей сварной конструкции. При гидравлическом испытании согуд наполн: ■ ется водой; для выхода воздуха в верхней части одно отверстие оставляют открытым. Это от­верстие закрывается лишъ после наполнения водой всего сосуда. Затем в сосуде і идравличе - ским прессом создастся давление, равное рабо­чему давлению. Ест дефектов не обнаружива­ется, давление увишчивается до Ры, =1,25 <"’ра6 для сосудов и Ржа—1,5 /р„6 для трубопроводов. Под этим давлением сосуд или трубопровод выдеоживают 5 мин, затем давление снижают до -/раб и обстукивают соединения молотком со сферической головкой на расстоянии 15—20 мм от кромки швг. После этого швы осматривают. При испытании на морове вместо воды приме­няют антифриз.

Пневматическое испытание. Пневматическое испытание проводят с целью контроля плотности сварных соединений. Для этого в замкнутый сосуд нагнетают воздух до рабочего давления. Снаружи все швы смачи­ваются мыльным раствором. Сжатый воздух в местах неплотностей образуег мыльные пу­зыри. В зависи /юсти от количества и интенсив­ности выделенк" мыльных пузырей можно су­дить о характере и величине дефекта. Пневма­тический вид контроля сварных соединений по­лучил широкое применение при испытании со­судов малой емкости, как наиболее удобный и доступный в заводских условиях с массовым производством. В этом случае испытуемый со­суд погружается в ванну с водой и неплотности определяются выделением пузырьков воздуха. Для сосудов большого объема применять испы­тание сжатым воздухом следует очень осторож­но, так как при наличии дефектов в швах мо­жет произойти разрыв всего сосуда.

Химическое испытание. Этот вид испытания сварных соединений, предложенный С. Т Назаровым, применим для испытания на плотность замкнутых сварных сосудов. В испы - уемый сосуд подается под давлением до 2 ат смесь воздуха с аммиаком (1%). С внешней сто­роны сосуда на сварные соединения плотно укладывается (приклеивается) бумага (или мар­

левый бинт), пропитанная 5%-ным водным растхорэм азотнокислой ртути. Если в сварном соединеь..л имеются неплотности, то аммиак, обладая вгоокой проницаемостью, пройде* че­рез них н в этих местах бумага потемнеет. В за­висимости от скорости появления на бумаге пятеи, их формы и размеров можно суд» гь о характере и размерах дефекта. Обычно время проникания аммиака через неплотности свар­ного соединения составляет от 10 до 30 мин. Этот вид испытания сварных соединений полу­чил на проигълдстче сравнительно малое при­менение.

Испытание керосином. Керосин обладает спссобнс тыо проникать через малые неплотности: трещины, поры и сквозные нет провары металла. Для контроля швы со сто­роны раскрытия окрашивают мелом, разведен­ным на воде с добавлением клья, а со стороны корня соединения смачивают керосином. Керо­син, проходя через неплотности, образует на высохшей меловой краске темные пятна, по vsvsjft»* WMC. YA <а «.«жздто-

сти и месте се расположения. Если в течение 30—60 мин такие пятна не появятся, то швы считаются удовлетворительными. Скорость про­хождения керосина через металл будет опреде­ляться толщиной сварного соединения и харак­тером j їсі оложения Дефектов в металле. Для ответственных изделий время выдержки ПОД керосином устанавливают до 12 ч при темпе­ратуре окружающего воздуха выше 0” и до 24 ч при температуре ниже 0°.

Керосиновая проба эквивалент 3—4 ат гидравлического давления, применяемого для сварных сосудов закрытого типа.