Главная / Материаловедение / Дефекты сварных швов, способы контроля дефектов

Дефекты сварных швов, способы контроля дефектов

Цель работы — практическое знакомство с дефектами сварных швов, с физическими основами, аппаратурой, эталонами и основными параметрами ультразвукового контроля; приобретение практических навыков работы на современных дефектоскопах.

К основным дефектам сварных швов относятся следующие.

Ослабление или чрезмерное усиление шва — дефект формирования шва. Причины: неправильный выбор скорости сварки.

Грубая чешуйчатость и неравномерность ширины шва. Причины: стекание металла под действием силы тяжести, нестабильность горения дуги, некачественная подготовка сварочных материалов.

Непровар — местные несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков. Причины: неправильный выбор режима сварки, отклонение дуги от оси стыка, плохая очистка предыдущих слоев от шлака или затекание шлака впереди сварочной ванны.

Пережог — значительная зона цветов побежалости, губчатая поверхность, сильное окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла. Причины: сильно окислительная среда, чрезмерная длина дуги, замедленное движение источников нагрева, интенсивный режим сварки.

Прожог – местное сквозное проплавление свариваемых частей при электродуговой сварке. Причины: избыточная сила тока, недостаточная толщина металла, малое притупление кромок.

Подрез — местное уменьшение толщины основного металла у границы шва. Причины: неравномерная подача присадочного прутка, неправильное положение электрода или горелки, избыток проводимого тепла.

Кратер — углубление, образующееся после резкого обрыва дуги в конце шва.

Наплывы — натекание металла шва на поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Причины: неправильно выбранный режим, плохая очистка основного металла, неправильно выбранное положение изделия в пространстве.

Пористость — появление свищей, газовых пузырей или шероховатости на поверхности и в теле шва. Причины: наличие газов в металле, влаги в обмазке или флюсе, ржавчины на свариваемых кромках или присадочном металле.

Шлаковые включения в металле. Причины: загрязнение основного и присадочного металла окислами, получаемыми в результате неравномерности плавления электродного покрытия, тугоплавкости и повышенной вязкости шлаков и недостаточного раскисления металла шва.

Трещины шва возникают из-за больших усадочных и структурных напряжений в металле, повышенного содержания серы, фосфора и углерода в металле, чрезмерно жесткого закрепления свариваемых деталей.

При контроле качества сварных изделий применяют следующие способы выявления дефектов.

Внешний осмотр и проверка размеров шва. Выявляют подрезы, раковины, свищи, сквозные трещины, поры, незаплавленные кратеры, неравномерность шва и несоответствие размеров.

Механические и технологические испытания свойств наплавленного металла и свариваемого соединения. К механическим относят гидравлическое испытание аппаратуры, работающей под давлением. Испытание сжатым воздухом проводят с целью определения плотности и прочности изделия.

Керосиновая проба. При применении этого способа одну сторону соединения покрывают мелом, а другую керосином. При наличии сквозных дефектов в сварных швах керосин смачивает мел.

Рентгеновское просвечивание шва. Основано на различии в степени поглощения рентгеновских лучей металлом и неметаллическими веществами; при этом обнаруживают поры, раковины, трещины, непровары, шлаковые включения.

Ультразвуковой метод. Основан на способности различных сред по разному отражать ультразвуковые колебания; этим способом можно выявить дефекты в сварном шве в виде неметаллических включений.

Магнитные методы. Основаны на рассеивании магнитных потоков в дефектных местах изделия и позволяют выявлять мелкие трещины и поры шва.

Испытание аммиаком. Полые изделия заполняют сжатым воздухом с добавлением 1% аммиака, а швы закрывают бумагой, пропитанной 50% раствором азотнокислой ртути. При наличии неплотностей на бумаге появляются черные пятна.

Люминесцентный метод. Деталь погружают на 20…30 мин в смесь керосина и масла, а затем вытирают насухо и погружают в порошок магнезии, прилипающей в местах появления масла (над трещинами).

Металлографический контроль. Этим способом определяют макро — и микроструктуру металла, а также поры, трещины, раковины, непровары, пережог, перегрев, нитриды и другие дефекты сварного шва.

Рассмотрим подробнее ультразвуковой метод контроля. Он основан на использовании ультразвуковых колебаний, которые представляют собой механические колебания упругой среды со сверхвысокими частотами. Ультразвуковые волны способны проникать в металл на большую глубину и отражаться от неметаллических включений, находящихся в нем. Для получения ультразвуковых колебаний в дефектоскопии используется пьезоэлектрический эффект — свойство некоторых кристаллов (кварца, сегнетовой соли, титана бария) мгновенно преобразовывать механические колебания в электрические. Такие кристаллы, помещенные в электрическом поле, дают обратный пьезоэлектрический эффект, то есть преобразуют электрические колебания в механические.

Вырезанная из этих материалов пластина (пьезокристалл) под действием переменного электрического тока высокой частоты становится источником ультразвуковых колебаний. Пучок ультразвуковых волн от вибрирующей пластинки направляется на контролируемые изделия и при наличии какого-либо дефекта не проходит через него, а отражается и улавливается этой же пластинкой, которая преобразует ультразвуковые колебания в электрические. Отраженные электрические колебания через усилитель подаются на осциллограф и вызывают отклонение луча на экране электронной трубки. По виду этого отклонения можно судить о характере дефекта.

Пьезокристалл ультразвукового дефектоскопа помещен в призматический щуп, который обеспечивает ввод в деталь пучка ультразвуковых волн под определенным углом к поверхности детали, что позволяет вести контроль шва без снятия превышения.

В процессе контроля щуп перемещают рядом со швом поперечными и продольными движениями. Создание необходимого акустического контакта между щупом и деталью обеспечивается маслом непосредственно перед контролем.

Современные дефектоскопы снабжены необходимыми устройствами для настройки прибора на контроль швов заданной толщины и для определения глубины залегания дефектов.

Основные узлы дефектоскопа: искательная головка, возбудитель пьезопреобразователя, усилитель высокой частоты с детектором, видеоусилитель–каскад совпадений, генератор напряжения развертки, глубиномер, осциллографический индикатор, дополнительные индикаторы, блок питания (рис. ).

Возбудитель пьезопреобразователя предназначен для генерирования высокочастотных электрических импульсов, импульсов синхронизации. Генерируемые электрические колебания преобразуются пьезопластинкой искателя в ультразвуковые колебания. Импульсы этих колебаний при наличии акустического контакта между искателем и поверхностью контролируемого металла проникают внутрь металла и распространяются в нем.

Дойдя до границы какой-либо инородной среды (дефекта), импульсы отражаются. Часть энергии отраженных ультразвуковых колебаний попадает на пьезоэлектрическую пластинку искателя, которая преобразует их в электрические колебания. Импульсы электрических колебаний подаются на вход усилителя высокой частоты.

Усилитель высокой частоты усиливает высокочастотные электрические импульсы. Схемой прибора предусмотрена работа с одним искателем, используемым в режиме излучения так и в режиме приема.

С входа УВЧ высокочастотные электрические импульсы поступают на детектор, преобразующий их в видеоимпульсы, более удобные для наблюдения на экране ЭЛТ. Импульсы с выхода детектора поступают на видеоусилитель–каскад совпадения.

Видеоусилитель–каскад совпадения — предназначен для выделения (селекции) эхо–сигналов, поступающих с детектора, и усиления их до величины, достаточной для наблюдения на экране ЭЛТ. Принцип временной селекции состоит в том, что видеоусилитель–каскад совпадений — обычно закрыт и открывается лишь на время, в течение которого ожидаются эхо–сигналы от возможных дефектов, расположенных в контролируемом слое.

Глубиномер предназначен для измерения координат отражающей поверхности дефекта. Измерение координат при эхо–импульсном методе ультразвуковой дефектоскопии сводится к измерению времени между моментом излучения зондирующего импульса и моментом приема отраженного импульса.

В дефектоскопе время измеряется методом сравнения по экрану ЭЛТ неизвестного временного интервала с временем задержки синхроимпульса в схеме глубиномерного устройства (глубиномер содержит схему переменной задержки, о величине которой можно судить по углу поворота оси переменного сопротивления).

При совмещении маркерного импульса с передним фронтом эхо–сигнала, отраженного от дефекта, длительность задержки маркерного импульса равна времени прохождения зондирующего импульса от пьезоэлектрической пластинки до отражающей пластинки и обратно. Шкала глубиномера проградуирована в микросекундах, а также в миллиметрах для непосредственного отсчета координат дефекта.

Порядок выполнения работы

1. Изучение дефектов:

Писать визуальную проверку качества сварных соединений, определить размеры дефектов и сделать выводы о допустимости или недопустимости обнаруженных дефектов в соответствии с требованиями СНиП III-18-75*;

Зарисовать эскизы расположения внутренних и внешних дефектов, объяснить причины их появления и сделать указания по исправлению этих дефектов.

2. Изучение способов контроля качества сварных швов:

Ознакомиться со свойствами ультразвука и основами ультразвуковой дефектоскопии;

Ознакомиться с функциональной схемой и принципом работы ультразвукового дефектоскопа;

Определить по эталонам основные параметры контролирующей системы; по эталонному образцу — угол свода (рис. ) для щупов, имеющих углы падения b=30, 40, 50°, и сравнить с углами, рассчитанными по формуле:

= arcsin (( C’n / Сnр) sinb ) ,

Где C’n — скорость поперечных волн в металле, C’n=3200 м/с; Сnр — скорость продольных волн в материале призмы искателя, Сnр=2700 м/с;

Проверить точность работы глубиномера по эталонному образцу (рис. );

Подготовить сварной образец для контроля (зачистить, нанести слой масла);

Провести контроль сварного шва, результаты контроля нанести на дефектограмму.

Содержание отчета

Отчет по I части работы содержит описание методики выполнения работы, основных видов дефектов сварных швов, основных способов контроля качества сварных соединений, таблицу эскизов дефектов, выводы.

В отчете по II части работы представить принципиальную схему дефектоскопа, описание принципа работы дефектоскопа, результаты настройки дефектоскопа, диаграмму образца сварного шва, выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие дефекты сварных соединений являются внешними и внутренними?

2. Что называют непроваром, наплывом, подрезом, шлаковым включением, пористостью, трещиной?

3. Какими методами контроля проверяют качество прочных и плотнопрочных сварных швов?

4. Каковы причины образования разных видов дефектов?

5. Какие цели преследуются при разных способах контроля сварных швов?

6. Какие дефекты в сварных соединениях допустимы с ограничениями, а какие — нет?

7. Какие способы контроля сварных швов относят к обычным, какие к повышенным?

8. Что такое зона термического влияния?

9. Что исследуют при испытании сварного соединения на растяжение и на изгиб в холодном состоянии?

10. Какие механические характеристики металла шва определяют при испытании на растяжение и на ударный изгиб?