Сварка конструкций с дополнительной порошкообразной присадкой

Контроль качества сварных конструкций

Проверка качества сварных соединений в готовых сварных конструкциях выполняется с помощью раз­личных неразрушающих физических методов контроля.

Сюда относится радиационная, ультразвуковая и цветная дефектоскопия, магнитные методы контроля и контроль на непроницаемость.

Радиационная дефектоскопия. В ее основе лежит использование определенных электромагнитных — ио­низирующих излучений. Проходя через изделие, излучения ослабевают и рассеиваются. Степень ослаб­ления зависит от толщины и плотности материала и интенсивности энергии излучения. По интенсивности прошедшего через изделие излучения определяют наличие или отсутствие дефекта в контролируемом изделии. Ионизирующие излучения способны проникать через слои вещества различной толщины и оказывать влияние на эмульсию рентгеновской пленки, вызывая ее почернение после химической обработки. Это свойство ионизирующих излучений нашло применение при радиационной дефектоскопии.

Наибольшей проникающей способностью обладают рентгеновские и гамма-лучи, нейтроны. Наибольшее распространение для контроля сварных соединений получила гамма - и рентгенодефектоскопия. При гам­ма-дефектоскопии используют гамма-лучи, возникаю­щие в процессе самопроизвольного распада естествен­ных радиоактивных химических элементов или искус­ственных радиоактивных изотопов. Самопроизвольный распад — радиоактивность не поддается регулирова­нию извне и является постоянной на протяжении определенного периода времени для каждого радио­активного вещества. Поэтому при гамма-дефектоско­пии с течением времени следует вносить необходимые поправки из-за уменьшения радиоактивного вещества. Гамма-лучи делятся на жесткие и мягкие. Чем короче длина волны, тем жестче лучи. Изотопы с большой энергией излучения дают жесткие лучи, которые приме­няют для контроля изделий большой толщины (50—200 мм). Изделия толщиной до 10 мм контроли­руют мягкими лучами, получаемыми от изотопов с небольшой энергией. Для изделий тапщиной 20—50 мм применяют лучи средней жесткости. Чем мягче лучи, тем более мелкие дефекты они могут выявить, обеспечивая при этом хорошее изображение на снимке.

Источником рентгеновских лучей является рентге­новская трубка, представляющая собой стеклянный сосуд, в котором создан вакуум и впаяны два электрода — анод и катод. Катод имеет вольфрамовую спираль, а анод — вольфрамовую пластину. Под дей­ствием высокого напряжения из раскаленного катода с большой скоростью вылетают электроны и, ударяясь об анод, образуют электромагнитное излучение — рентгеновские лучи. Чем выше напряжение, приложен­ное к рентгеновской трубке, тем меньше длина волны рентгеновских лучей, т. е. жестче рентгеновские лучи. Так же, как и при гамма-дефектоскопии, жесткие лучи применяют для контроля изделий большой тол­щины, мягкие — изделий небольшой толщины.

Контроль сварных соединений гамма-лучами выпол­няют специальными аппаратами-дефектоскопами. В принципе дефектоскоп состоит из радиационной го­ловки с источником излучения гамма-лучей, встроенных или сменных коллиматоров, пульта управления вы­пуском или перекрытием гамма-лучей, штатива для крепления радиационной головки, транспортно-переза­рядного контейнера. В комплект переносного де­фектоскопа входит также тележка или ящик для транспортировки всех узлов дефектоскопа. Препараты радиоактивных изотопов находятся в специальных гер­метично заваренных ампулах. Ампула помещается в радиационной головке, которая обеспечивает снижение дозы излучения до предельно допустимой нормы. Головки имеют специальную защиту. Перемещение источника гамма-лучей из радиационной головки к месту контроля производится ручным, пневматическим или электрическим проводами. Радиационные головки гамма-дефектоскопов хранятся в специальных ампуло - хранилищах.

Контроль рентгеновскими лучами выполняют с по­мощью рентгеновских аппаратов. Рентгеновский аппа­рат состоит из рентгеновской трубки, высоковольтного генератора, пульта управления, высоковольтных кабе­лей и системы охлаждения Для защиты обслужи­вающего персонала от неиспользованного рентге­новского излучения и высокого напряжения рентге­новские трубки помещают в специальные защитные кожухи. Током высокого напряжения рентгеновскую трубку питает трансформатор.

С помощью высоковольтных кабелей рентгеновская трубка подключается к высоковольтному генератор).

Пульт управления имеет на крышке ручки регули­ровки накала трубки, высокого напряжения, размера фокуса, измерительные приборы, реле времени и выклю­чатели. Пульт с помощью кабеля соединяется с высоковольтным генератором. Система охлаждения со­стоит из масляного насоса и трубопроводов, по ко­торым масло прокачивается в полость анода и кожух. В баке насоса установлен змеевик, по которому циркулирует проточная вода, охлаждающая масло. При отсутствии или недостаточном напоре. воды сра­батывает блокировка, отключающая аппарат от электрической сети.

При радиационной дефектоскопии используют ряд вспомогательных принадлежностей. Радиографическая пленка и усиливающий экран помещаются в спе­циальные гибкие кассеты. На внешнем чехле кассеты расположены два кармана. Одни — для эталонов чув­ствительности, второй—для маркировочных знаков. Для сокращения времени контроля и повышения качества снимков применяют специальные экраны. Металлические экраны изготовляют из листовой свин­цовой фольги с наклеенной на нее гибкой поливинил - бутиральной пленкой и применяют в основном для улучшения чувствительности. Рассеянное излучение поглощается экраном сильнее, чем первичное, что повы­шает четкость и контрастность снимка.

Для сокращения времени контроля используют флюоресцирующие экраны, изготовляемые из картона, на одну сторону которого нанесено флюоресцирующее вещество. Усиливающее действие этих экранов обеспе­чивается добавочным воздействием света флюоресци­рующего вещества, возбужденного излучением, на эмульсию пленки. Оценку качества радиографических снимков и определение чувствительности контроля производят с помощью проволочных, канавочных и пластинчатых эталонов чувствительности. Для нумера­ции и разметки радиографических снимков применя­ют маркировочные знаки — буквы, цифры, тире. Набор соответствующих знаков укладывают в пенал, который помещают в карман кассеты, устанавливаемой непо­средственно на контролируемом изделии. Для крепле­ния гибких кассет на изделиях из ферромагнитных материалов рекомендуется применять магнитные дер­жатели, значительно сокращающие время установки кассет по сравнению с другими способами. В качестве регистраторов гамма - и рентгеновского излучений при радиационной дефектоскопии применяют рентгеновские пленки. Эмульсия пленки реагирует на прошедшее через контролируемое изделие излучение, изменяя параметры серебряного слон пленки и тем самым регистрируя величину проходящего потока излучения. Рентгеновские пленки бывают двух видов — для при­менения с металлическими экранами и для исполь­зования с флюоресцирующими экранами.

Для получения изображения на рентгеновской плен­ке широко применяют фотохимический метод — прояв­ление, промывку, закрепление, вторичную промывку и сушку рентгеновской пленки, который требует нескольких реактивов, рентгеновской пленки и наличия фотолаборатории. Поэтому в последние годы ведутся большие работы по созданию такого метода получе­ния изображения, который, сохраняя основные досто­инства фотографического — наглядность, объектив­ность, высокую чувствительность, наличие документа контроля, был бы лишен его недостатков. С этой точки зрения большой интерес представляет электро - радиографический метод получения изображения, в основе которого лежат фотоэлектрические процессы. Изображение в этом случае получают на электро - радиографической пластинке, состоящей из алюми­ниевой подложки и нанесенного на нее слоя фото- проводникового материала — аморфного селена, по­верхности которого сообщают электрический заряд. После этого пластину, как и рентгеновскую пленку, помещают в светонепроницаемую кассету.

При действии на пластину рентгеновского или гамма-излучения заряд селенового слоя уменьшается в зависимости от интенсивности излучения, образуя скрытое электростатическое изображений, представ­ляющее собой картину распределения зарядов. Скрытое изображение проявляют, опыляя селеновый слой по­рошкообразным красителем, частицы которого име^от электрический заряд противоположного знака по отно­шению к пластине и поэтому прилипают к поверх­ности селенового слоя. Проявление изображения можно рассматривать непосредственно на пластине, а для получения контрольного документа — перенести на обычную бумагу и закрепить. Для зарядки пластин, проявления изображения, переноса его на бумагу и закрепления, очистки пластин применяют спе­циальные электрорадиографические аппараты.

Ультразвуковая дефектоскопия. Распространяю­щиеся в упругом теле механические деформации называются упругими волнами. В их числе находятся и ультразвуковые волны (частота колебания 20Х ХЮ4 до 109 Гц). Для возбуждения ультразвуковых колебаний используется пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при растя­жении и сжатии некоторых кристаллов в определенном направлении на их поверхности возникают электри­ческие заряды. Электрические колебания от генератора высокой частоты при помощи природных или искус­ственных пьезокристаллитов превращаются в механи­ческие колебания. Для ввода ультразвуковых колеба­ний и приема отраженных от дефектов, а также предохранения пьезопластины от механических повреж­дений и износа ее помещают в специальные устрой­ства *— искательные головки (искатели, щупы). Ультра­звуковые волны, падающие на поверхность под углом к ней, отражаются под тем же углом. Способность ультразвуковых волн отражаться от границ раздела двух сред с различными акустическими свойствами используется для обнаружения дефектов в сварных соединениях. Введенные в металл и достигнув дефектов, волны не преодолевают их, а почти пол­ностью отражаются от них. Для создания акусти­ческого контакта между излучателем и изделием применяют масла или другие жидкости, мало погло­щающие ультразвуковые колебания.

Существует несколько методов выявления дефектов в сварных соединениях. Наибольшее распространение получил эхо-импульсный метод, при котором ультра­звуковые импульсы вводят в изделие через опреде­ленные промежутки времени. Отраженный импульс принимается тем же или другим, расположенным рядом, искателем. Наличие дефектов устанавливается по ослаблению энергии прошедших через изделие ультразвуковых колебаний.

По своей физической сущности ультразвуковая дефектоскопия по сравнению с другими неразрушаю­щими методами контроля имеет ряд преимуществ. Этот метод широко применяют для контроля сварных

соединений из низкоуглеродистых и низколегирован­ных сталей, алюминия, меди и их сплавов. При тол­щине сварных конструкций свыше 80 мм ультра­звуковая дефектоскопия в ряде случаев является наиболее надежной, а в конструкциях из алюми­ниевых сплавов с ее помощью выявляются наиболее опасные дефекты.

Преимуществами ультразвуковой дефектоскопии является возможность контроля при одностороннем доступе к сварному соединению, простота и высокая производительность метода, большая проникающая способность метода, позволяющая обнаруживать внутренние дефекты в крупногабаритных изделиях, возможность автоматизировать процесс контроля, пол­ная безопасность, высокая чувствительность, обеспе­чивающая выявление мелких дефектов.

Однако этот метод контроля имеет и ряд недостат­ков. Прежде всего это зависимость достоверности результатов контроля от квалификации, добросо­вестности и сосредоточенности в процессе работы оператора, необходимость в подготовке контроли­руемой поверхности сравнительно высокой чистоты, наличие мертвых зон для контроля, невозможность контроля изделий из аустенитных сталей из-за крупно­зернистой структуры, отсутствие документа с изобра­жением дефекта, необходимость разработки специаль­ных методик для контроля изделий различных типов.

Для ультразвуковой дефектоскопии сварных соеди­нений применяют специальные дефектоскопы, которые обеспечивают излучение ультразвуковых колебаний, прием и регистрацию отраженных от дефектов сигна­лов и определения координат расположения дефектов. В принципе дефектоскоп состоит из электронного блока (собственно дефектоскоп), набора искателей и различных вспомогательных устройств. В комплект аппаратуры для контроля сварных соединений входят тест-образцы, эталоны и координатные линейки. Тест-образцы являются образцами сварных соединений с искусственными отражателями. Для эталонирования и стандартизации основных параметров ультразвуко­вого контроля применяется комплект эталонных об­разцов.

Качество ультразвукового контроля во многом за­висит от надежной работы искателя. В зависимости

от ума ввода ультразвуковых волн в изделие искатели бывают прямые и наклонные (призмати­ческие). В первом случае волны вводят в изделие перпендикулярно его поверхности, а во втором — под углом. Для закрепления искателей применяют специальные держатели, конструкция которых зави­сит от вида контролируемого шва — для стыковых швов, угловых и тавровых соединений.

Признаком обнаружения дефекта является сра­батывание индикатора дефектоскопа и возникновение на экране импульса, перемещающегося в процессе движения искателя и при своем максимальном зна­чении располагающегося в пределах рабочего участка развертки. Определение характера обнаруженных де­фектов при контроле сварных соединений является сложной и важной задачей. При ультразвуковой дефектоскопии невозможно, например, отличить шла­ковое включение от поры и очень сложно отличить трещину от непровара. Однако путем прозвучивания обнаруженного дефекта под разными углами можно ориентировочно установить, является ли данный дефект объемным (поры или шлаковые включения) или отно­сительно плоским (трещины, непровар).

Контроль сварных швов стыковых соединений тол­щиной 6—60 мм производится эхо-методом призма­тическими искателями по совмещенной схеме. Нижняя часть проверяется прямым лучом, а верхняя — однократно отраженным. При контроле угловых швов тавровых и крестовых соединений ультразвуковой луч вводят в шов через основной металл стенки, что позволяет выявить все имеющиеся дефекты. При отсут­ствии доступа к стенке или при небольших ее размерах, не обеспечивающих необходимые пределы перемещения искателей, можно проводить контроль с наружной поверхности полки для выявления непровара в корне шва. Швы сварных соединений внахлестку проверяют со стороны основного листа однократно отраженным лучом и искателем, включенным по совмещенной схеме. При этом обеспечивается выявление трещин, непроваров вертикальной кромки и корня шва, а также одиночных явлений и их скоплений.

Цветная дефектоскопия является одним из методов капиллярной дефектоскопии, основанной на капил­лярном проникновении, сорбции и диффузии, световом и цветовом контрастах, и применяется для обнаруже­ния поверхностных дефектов. Микроскопическое сече­ние и микроскопическая протяженность дефектов де­лают их подобными капиллярным сосудам, обладающим своеобразной особенностью всасывать смачивающие их жидкости под действием капиллярных сил. Явление капиллярности используют для внедрения в мелкие поверхностные дефекты различных индикаторных жид­костей (пенетрантов), которые затем облегчают выявление самих дефектов.

Дефекты обнаруживают с помощью жидкости, оставшейся в дефектах, которую поглощает проявитель, нанесенный на контролируемую поверхность после уда­ления с нее индикаторной жидкости. Проявитель, поглощая жидкость, создает индикаторный рисунок, а также фон, улучшающий видимость рисунка. Скорость проникания индикаторных жидкостей в де­фекты зависит от ряда факторов. Прежде всего сле­дует знать, что в несквозных дефектах создаются воздушные пробки, замедляющие проникание жид­кости. Отрицательное влияние оказывает загрязнение дефектов маслами, адсорбция воды на внутренней их поверхности. В случае совместного контроля с по­мощью ультразвуковой и цветной дефектоскопии цветной метод следует применять первым, так как контактная жидкость, используемая при ультразвуко­вом контроле, заполняет полости дефектов, затрудняя тем самым их выявление. Для контроля сварных соединений крупногабаритных изделий индикаторные, смывающие и проявляющие жидкости наносят кисточ­ками, распылителями и аэрозольным способом. Боль­шое распространение в последние годы находит аэрозольный способ, обладающий высокой производи­тельностью и не требующий дополнительных распы­лителей, так как все необходимые для контроля жидкости поставляются потребителям в аэрозольных баллончиках.

Цветная дефектоскопия сочетает в себе ценные для контроля качества — наглядность результатов с очень простой технологией проверки изделий из различных материалов (ферромагнитные и неферромагнитные металлы, цветные металлы и их сплавы, пластмассы) и различной формы. Кроме того, большими преиму­ществами этого способа контроля являются такие очень важные факторы, как отсутствие какой-либо аппаратуры, ненадобность в электроэнергии, возмож­ность точно устанавливать место, направление, протя­женность, а иногда и характер дефекта, относительно высокая достоверность контроля, возможность быстрой подготовки контролеров.

Однако этот метод контроля имеет и свои недостатки. К ним относится возможность обнаружения только поверхностных дефектов, сложность механизации и ав­томатизации процесса контроля, снижение достовер­ности контроля при отрицательных температурах, низкая вероятность обнаружения дефектов, сжатых значительными остаточными или рабочими напряже­ниями в изделии, перекрытых окисными пленками или слоем деформированного материала, необходимость удаления лакокрасочных покрытий и тщательная очист­ка контролируемых поверхностей.

Контроль сварных соединений методом цветной де­фектоскопии с использованием набора материалов в аэрозольной упаковке допускается при температуре не ниже О °С. При этом выполняют следующие операции: промывают предварительно очищенный

участок шва и околошовной зоны (баллон № 1); наносят индикаторную жидкость (баллон № 2) и вы­держивают на контролируемой поверхности не менее 5 мин; удаляют индикаторную жидкость путем распы­ления очистителя из баллона № 3 и полного

испарения жидкости; из баллона № 4 на контролируе­мый участок наносят тонкий слой проявителя и выдер­живают до полного его высыхания, но не менее 5 мин. После этого следует осмотреть контролируемый участок.

Контроль на непроницаемость. В зависимости от условий эксплуатации, рабочей среды потеря сварной конструкцией работоспособности может наступить не из-за разрушения, а вследствие течи в сварных соединениях. Поэтому у изделий, предназначенных для работы под действием жидкостей и газов, сварные соединения подвергают контролю на непрони­цаемость. Для этой цели используют несколько мето - дов.

Благодаря простоте и сравнительно высокой чув­ствительности метод испытания керосином получил ши­рокое распространение для контроля герметичности сварных соединений. Из жидких углеводородов, применяемых для обнаружения сквозных и поверх­ностных нарушений сплошности, наиболее широко применяется керосин. Это объясняется его неполяр- ностью, высокой смачивающей способностью, сравни­тельно малой вязкостью, обеспечивающими достаточно высокую чувствительность контроля. В качестве инди­катора керосина применяют меловую обмазку.

Контроль керосином выполняется по следующей технологии. Со стороны сварного соединения, которая наиболее удобна для удаления дефектов, сварной шов, предварительно тщательно очищенный, покрывают вод­ным раствором мела или каолина. В зимнее время вместо воды рекомендуется применять незамерзающий растворитель. После высыхания мела шов с противо­положной стороны смачивают керосином и на него укладывают ленту из ткани, пропитанной керосином. После определенной выдержки осматривают контроли­руемое соединение. При наличии в шве дефектов керосин выступает на окрашенной мелом поверхности в виде жирных точек или полос, которые с течением времени расплываются в пятна. Если дефекты сразу не зафиксировать, то точное определение места их нахождения становится затруднительным. Испытание керосином можно производить также при доступе к сварному шву с одной стороны.

Вакуумный контроль. Для контроля на непрони­цаемость сварных соединений незамкнутой формы с односторонним доступом к ним успешно применя­ется вакуумный метод. По сравнению с пневмати­ческим контролем он более экономичен при достаточно высокой производительности и надежности. С его по­мощью можно обнаружить неплотности с минимальным диаметром 0,0042 мм и шириной 0,002 мм. Вакуумный метод контроля основан на разрежении воздуха в специальной камере, устанавливаемой на сварное сое­динение и в регистрации проникания в это простран­ство воздуха с другой стороны шва.

Установка для контроля состоит из вакуум-насоса, пневматического рукава, вакуум-ресивера, осуществля­ющего также очистку воздуха, поступающего из ва­куум-камеры, и комплекта вакуум-камер для проверки сварных соединений различной конфигурации. Ва­куум-камера состоит из металлической рамки, верхняя часть камеры закрыта плексиглазом. что позволяет в процессе контроля наблюдать за сварным швом. Вакуумный контроль выполняют следующим образом. Одну сторону контролируемого участка сварного соеди­нения обильно смачивают раствором пенного индика­тора. Из установленной на это место вакуумной камеры откачивают воздух. Контролируемый участок осматривают через верхнюю прозрачную поверхность камеры. В местах неплотностей появляются пузырьки, места расположения которых отличаются на изделии рядом с камерой. Камеру снимают с проверенного участка и устанавливают на следующий.

Пневматический и гидравлический контроль. Пне­вматический контроль (проверка сжатым воздухом) проводят для определения общей герметичности свар­ных соединений различных сосудов и емкостей, а также трубопроводов, работающих - под давлением. Приме­няют два метода контроля. В первом случае контро­лируемое изделие заполняют сжатым воздухом, а сварные швы с обратной стороны покрывают раство­ром пенных индикаторов, по составу аналогичных при­меняемым при вакуумном контроле. Места нарушения герметичности определяют по появлению пузырьков пенного индикатора. Другой метод испытания на гер­метичность заключается в обдувании струей сжатого воздуха давлением 0,04—0,05 МПа сварного соедине­ния, обратная сторона которого покрыта пенным индикатором.

Гидравлический контроль можно проводить для оп­ределения плотности и прочности сварных соединений. В зависимости от вида сварной конструкции различают три вида гидравлических испытаний — метод гидрав­лического давления, наливом воды, поливом струи воды на контролируемые изделия с одной стороны. При контроле гидравлическим давлением проверяемое изделие герметизируется и заполняется водой или рабо­чей жидкостью под давлением. При контроле наливом изделие заполняется водой до заданного уровня, ко­торый определяется техническими условиями на изде­лие. В среднем время выдержки должно составлять 0,5—24 ч при температуре воздуха и воды соответ­ственно не ниже 0 и 5 °С. При испытании поливом сварные соединения поливают водой под давлением 0,1 — 1 МПа. Вертикальные соединения поливают снизу вверх. Операцию производят с расстояния не более 3 м.