вважають якісними, якщо вони не мають недопустимих дефектів і їх
властивості задовольняють вимоги, що ставляться до них згідно з умовами
експлуатації зварного вузла чи конструкції.
Існують такі види контролю якості зварних з'єднань - попередній, у
процесі якого виконують перевірку якості вихідних матеріалів
(зварюваного металу чи зварювальних матеріалів), підготовку деталей під
зварювання та складання вузлів, а також стан оснастки зварювального
обладнання та приладів, кваліфікацію складальників і зварників. На стадії
попереднього контролю виконують випробування на зварюваність, що
містять також механічні випробування, металографічні дослідження
зварних з'єднань і випробування на опірність утворенню гарячих і
холодних тріщин; поточний (у процесі виконання зварних робіт), що
передбачає перевірку додержання технології зварювання, зачищення
проміжних швів, заварювання кратерів; заключний, при якому готові зварні
конструкції перевіряють згідно з вимогами, що ставляться до виробу.
Трудомісткість контрольних операцій може досягати 30% загальної
трудомісткості виготовлення зварної конструкції.
Класифікація дефектів. У процесі утворення зварного з'єднання в
металі шва та зоні термічного впливу можуть виникати дефекти, тобто
відхилення від встановлених норм і вимог, що призводять до зниження
міцності, експлуатаційної надійності, точності, а також погіршення
зовнішнього вигляду виробу. Дефекти зварних з'єднань розрізняють за
причинами виникнення і за місцем їх розташування.
Залежно від причин виникнення їх можна поділити на дві групи. До
першої групи належать дефекти, пов'язані з металургійними та тепловими
явищами що відбуваються в процесі утворення, формування та
кристалізації зварювальної ванни й остигання зварного з'єднання: гарячі та
холодні тріщини в металі шва і навколишній зоні, пори, шлакові
включення, несприятливі зміни властивостей металу шва та зони
термічного впливу.
 | ||||||||
Рисунок 1 - Види дефектів у зварних з'єднаннях:
а — наплив; б — підріз; в — непровар; г — зовнішні тріщини і
пори; д — внутрішні тріщини і пори; є — внутрішній
непровар; ж — шлакові включення
швів, відносять дефекти, виникнення яких пов'язане в основному з
порушенням режиму зварювання, неправильною підготовкою та
складанням елементів конструкції під зварювання, несправністю
обладнання та низькою кваліфікацією зварника й іншими порушеннями
технологічного процесу. До дефектів цієї групи належать невідповідність
швів розрахунковим розмірам, непровари, підрізи, пропали, напливи,
незаварені кратери та ін.
За місцем розміщення розрізняють дефекти зовнішні та внутрішні.
До зовнішніх належать дефекти, які можуть бути виявлені зовнішнім
оглядом (дефекти формування шва, непровари, підрізи, напливи, пропали,
кратери, тріщини та пори, що виходять на поверхню, і т.ін.).
Для виявлення внутрішніх дефектів (тріщин, пор) потрібні
спеціальні методи неруйнівного та руйнівного контролю.
Дефекти дуже впливають на міцність зварних з'єднань і нерідко
бувають причинами передчасного руйнування зварних конструкцій.
Особливо небезпечні тріщини та непровари, що різко знижують міцність
при циклічних навантаженнях. Деякі види дефектів показано на рис. 1.
Методи контролю якості зварних з'єднань. Залежно від того,
порушується чи не порушується цілісність зварного з єднання при
контролі, розрізняють неруйнівні та руйнівні методи контролю.
До неруйнівних методів належать: зовнішній огляд; контроль на
непроникність гідравлічним випробуванням, гасом, стиснутим повітрям,
вакуумуванням, течошукачами; методи, що застосовуються переважно для
виявлення дефектів, які виходять на поверхню зварних з'єднань
(магнітний, електромагнітний, люмінісцентний, кольоровий); методи, що
застосовують переважно для виявлення прихованих і внутрішніх дефектів
(радіаційний, ультразвуковий, магнітографічний).
Зовнішній огляд служить для визначення зовнішніх дефектів зварних
швів і невідповідності геометричних розмірів швів проектним (розміри
швів і дефектів визначають вимірювальним інструментом та спеціальними
шаблонами), підрізи, непровари, поверхневі тріщини та зовнішні пори,
значна лускоподібність і нерівномірність шва, незаплавлені кратери,
жолоблення виробу чи окремих його елементів. Зовнішній огляд провадять
неозброєним оком або лупою не більш як 10-кратного збільшення.
Зовнішнім оглядом контролюють усі зварні конструкції.
Випробуванню на непроникність піддають місткості для зберігання
рідин, посудини та трубопроводи, що працюють при надлишковому тиску.
При гідравлічному випробуванні місткості наповнюють водою, а в
посудинах і трубопроводах створюють надлишковий тиск рідини, що
перевищує в 1.5...2 рази робочий тиск. У такому стані виріб витримують
протягом 5...10 хв. Шви оглядають з метою виявлення течі, крапель та
спітніння. Цей спосіб випробування одночасно служить для оцінюнювання
міцності конструкції.
При пневматичному випробуванні у посудини нагнітають стиснуте
повітря під тиском, що перевищує атмосферний на 10...20 кПа, шви
змочують мильним розчином або весь виріб занурюють у воду.
Нещільності у швах визначають мильною бульбашкою чи бульбашками
повітря у воді.
Вакуум-метод ґрунтується на створенні вакууму та реєстрації
проникнення повітря крізь дефекти на одному, доступному для
випробування, боці шва. Як пінявий індикатор використовують мильний
розчин.
При випробуванні за допомогою гелієвого течошукача всередині
посудини створюють вакуум, а ззовні шви обдувають сумішшю повітря з
гелієм. При нещільностях гелій, що має виключно проникну здатність,
проникає в посудину, звідки відсмоктується в течошукач із спеціальною
апаратурою для його виявлення. За кількістю вловленого гелію судять про
нещільність швів.
При випробуванні гасом зварні шви з одного боку змащують гасом, а
з іншого — крейдою. При нещільності на поверхні шва, пофарбованій
крейдою, проявляються темні плями гасу. Високопроникна здатність гасу
дозволяє виявити дефекти розміром 0.1 мм і менше.
Магнітні методи контролю ґрунтуються на виявленні поля
магнітного розсіяння, що утворюється в місцях дефектів при
намагнічуванні контрольованих виробів. Виріб намагнічують, замикаючи
ним магнітопровід електромагніту чи вміщуючи всередину соленоїда.
Потрібний магнітний потік можна створити пропусканням струму по
витках (3...6 витків) зварювального дроту, що його намотують на
контрольовану деталь. Залежно від способу виявлення потоків розсіювання
розрізняють такі методи магнітного контролю: магнітного порошку,
індукційний та магнітографічний.
При методі магнітного порошку на поверхню намагнічуваного
з'єднання наносять магнітний порошок (окалина, залізні ошурки і т. ін.) у
сухому вигляді (сухий спосіб) або суспензію магнітного порошку в рідині
— гасі, мильному розчині, воді (мокрий спосіб). Над місцем розміщення
дефекту створяться накопичення порошку у вигляді правильно
орієнтованого магнітного спектра. Щоб полегшити рухливість порошку,
виріб трохи обстукують. За допомогою магнітного порошку виявляють
тріщини, невидимі неозброєним оком, внутрішні тріщини на глибині не
більш як 15 мм, розшарування металу, а також великі раковини та шлакові
включення на глибині не більш як 3...5 мм.
При індукційному методі магнітопотік у виробі наводять
електромагнітом змінного струму. Дефекти виявляють за допомогою
шукача, в котушці якого під дією поля розсіювання індукується ЕРС, що
викликає оптичний або звуковий сигнал на індикаторі.
При магнітографічному методі поле розсіювання фіксується на
еластичній магнітній стрічці, яка щільно притискується до поверхні
з'єднання. Запис відтворюється на магнітографічному дефектоскопі. В
результаті порівняння контрольованого з'єднання з еталоном роблять
висновок про якість з'єднання.
Радіаційні методи контролю — надійні й розповсюджені методи,
що ґрунтуються на спроможності рентгенівського та гамма-
випромінювання проникати крізь метал. Виявлення дефектів при
радіаційному просвічуванні ґрунтується на різному поглинанні
рентгенівського чи гамма-випромінювання ділянками металу з дефектами
чи без них, зварні з'єднання просвічують спеціальними апаратами. З
одного боку шва на деякій відстані від нього розміщують джерела
випромінювання, з протилежного боку щільно притискають касету з
чутливою плівкою (рис. 2). При просвічуванні випромінювання
проходить крізь зварне з'єднання й опромінює плівку. В місцях, де є пори,
шлакові включення, непровари, крупні тріщини, на плівці утворюються
темніші плями. Вигляд і розміри дефектів визначають порівнянням плівки
з еталонними знімками. Просвічування не дозволяє виявити тріщини, якщо
вони розміщені не в напрямі центрального променя (кут більше як 5°), а
також непровари у вигляді злипання зварюваних металів без газового чи
шлакового прошарку.
Джерелами рентгенівського випромінювання служать спеціальні
рентгенівські апарати (РУП-150-10, РУП-120-5-1), імпульсні апарати
(ИРА-1Д, ИРА-2Д, РИНА-1Д та ін.). Рентгенопросвічуванням доцільно
виявляти дефекти в металі завтовшки до 60 мм. При цьому фіксують
дефекти, розміри яких становлять 1...3 % від товщини металу.
Поряд з рентгенографуванням, тобто експозицією на плівку,
застосовують рентгеноскопію, тобто одержання сигналу про дефекти при
просвічуванні металу на екрані. Екран покривають флуоресцентними
речовинами (платиноціаністим барієм, сірчистим цинком та ін.), які
світяться під дією рентгенівського випромінювання. У зв'язку з різним
ступенем поглинання променів у різних ділянках металу світіння різне.
Контроль рентгенівським випромінюванням з використанням екранів
застосовують у поєднанні з телевізійними пристроями, що перетворюють
рентгенівське зображення у видиме (установка типу РІ —
рентгенотелевізійний інтроскоп). Чутливість рентгеноскопічного
контролю не поступається рентгенографічному (1% і більше), а
продуктивність вища. Перевагою рентгенографії є документ про якість
з'єднання у вигляді плівки.
Рисунок 2 - Схема просвічування зварних швів:
а — рентгенівським випромінюванням; б — гамма-
випромінюванням; 1 — підсилювальний екран; 2 —
рентгенівська плівка; 3 — касета; 4 — рентгенівське
випромінювання; 5 — рентгенівська трубка; 6—гамма-
випромінювання; 7 — свинцевий кожух; 8 — ампула
радіоактивної речовини
При просвічуванні зварних з'єднань гамма-випромінюваннямджерелом випромінювання служать радіоактивні ізотопи: кобальт-60,
тулій-170, іридій-122 та ін. Ампулу з радіоактивним ізотопом вміщують у
свинцевий контейнер. Техніка просвічування зварних з'єднань гамма-
випромінюванням подібна до техніки рентгенівського просвічування. Цим
способом виявляють аналогічні внутрішні дефекти — потемніння ділянок
плівки, вміщеної в касету.
Гамма-випромінювання відрізняється від рентгенівського більшою
жорсткістю та меншою довжиною хвилі, тому воно може проникати в
метал глибше, ніж рентгенівське випромінювання, і дозволяє просвічувати
метал завтовшки до 300 мм. Завдяки портативності апаратури гамма-
випромінювання можна застосовувати у будь-яких умовах (у цехах,
польових умовах, на монтажі і т. ін.). Крім того, просвічування гамма-
випромінюванням менш дорогий спосіб.
Недоліками просвічування гамма-випромінюванням порівняно з
рентгенівським є менша чутливість (при просвічуванні товщин до 50 мм
виявляються відносно великі дефекти з розмірами більш 2...4 % товщини
металу); неможливість регулювання інтенсивності випромінювання, що в
рентгенівських апаратах регулюється напругою, яка підводиться; велика
небезпека гамма-випромінювання при необережному поводженні з гамма-
апаратами.
Ультразвуковий контроль ґрунтується на здатності ультразвукових
хвиль відбиватися від поверхні поділу двох середовищ. В дефектоскопії
застосовують п'єзоелектричний спосіб утворення ультразвукових хвиль,
що ґрунтується на збудженні механічних коливань (вібрації) у
п'єзоелектричних матеріалах (кварц, сульфат літію, титанат барію та ін.)
при накладанні змінного електричного поля. Пружні коливання досягають
максимального значення тоді, коли частота електричних коливань
збігається з коливаннями п'єзопластини датчика, частоти ультразвукових
коливань звичайно перевищують 20 000 Гц.
Рисунок 3 - Схема ультразвукового контролю:
1 — генератор ультразвукових коливань; 2 — п'єзоелектричний
щуп; 3 — підсилювач; 4 — екран дефектоскопа
1 — генератор ультразвукових коливань; 2 — п'єзоелектричний
щуп; 3 — підсилювач; 4 — екран дефектоскопа
що розміщують на поверхні зварного з'єднання, в метал надсилають
спрямовані ультразвукові коливання (рис. 3). Ультразвук вводять у виріб
окремими імпульсами під кутом до поверхні металу. При зустрічі з
дефектом виникає відбита ультразвукова хвиля, що сприймається або
іншим щупом (сприймальним у випадку двощупової схеми), або тим
самим (подавальним при однощуповій схемі) під час паузи між
імпульсами. Відбитий ультразвуковий сигнал перетворюється в
електричний, підсилюється й подається на трубку осцилографа, де
фіксується дефект у з'єднанні у вигляді піку на екрані осцилографа.
Ультразвуковий контроль має такі основні переваги: високу
чутливість (1...2 %), що дозволяє виявляти, вимірювати та визначати
місцезнаходження дефектів площею 1...2 мм2; велику проникну здатність
ультразвукових хвиль, що дозволяє контролювати матеріали значної
товщини (сталі до 2.5 м); можливість контролю всього зварного з'єднання
лише з одного боку; високу продуктивність; відсутність громіздкого
обладнання (прилади УЗД-7, УДМ-1М, ДУК-13ИМта ін.).
Істотним недоліком ультразвукового методу є складність
установлення виду дефекту.
Ультразвуковий контроль застосовують також як основний вид
контролю та як попередній з наступним просвічуванням зварних з'єднань
рентгенівським або гамма-випромінюванням.
До руйнівних методів контролю зварних з'єднань належать:
механічні випробування, металографічні дослідження, спеціальні
випробування з метою одержання характеристик зварних з'єднань.
Ці випробування проводять на зварних зразках, які вирізують із
самого виробу або із спеціально зварених контрольних з'єднань, виконаних
згідно з вимогами та технологією на зварювання виробів в умовах, що
відповідають зварюванню. Метою цих випробувань є: оцінювання міцності
та надійності зварних з'єднань і конструкцій; оцінювання якості основного
та зварювального матеріалів; оцінювання правильності обраної технології;
оцінювання кваліфікації зварників.
Властивості зварного з'єднання порівнюють із властивостями
основного металу. Результати вважаються незадовільними, якщо вони не
відповідають заданому регламентованому рівню.
Одним з основних видів випробувань є механічні випробування за
ГОСТ 6996—66, де передбачено такі види випробувань зварних з'єднань і
металу шва:
- випробування зварного з'єднання (наплавленого металу, зони
термічного впливу, основного металу) на статичний (короткочасний)
розтяг, статичний згин, ударний згин (на надрізаних зразках), на
стійкість проти механічного старіння;
- вимірювання твердості металу різних ділянок зварного з'єднання та
наплавленого металу.
Випробуваннями на статичний розтяг визначають міцність зварних
з'єднань. Випробуваннями на статичний згин визначають пластичність
з'єднання за величиною кута згину до утворення першої тріщини в
розтягнутій зоні. Випробування на статичний згин проводять на зразках з
поздовжніми та поперечними швами зі знятим зусиллям шва врівень з
основним металом. Випробуваннями на ударний згин, а також ударний
розрив визначають ударну в'язкість зварного з'єднання. За результатами
визначення твердості судять про структурні зміни та ступінь підгартування
металу при охолодженні після зварювання.
Металографічні дослідження зварних з'єднань. Основним завданням
металографічного аналізу є встановлення структури металу та якості
зварного з'єднання, виявлення дефекту та його характеру. Металографічні
дослідження містять у собі мікро- та макроструктурний методи
дослідження металів.
При макроструктурному методі вивчають макрошліфи та злами
металу неозброєним оком або лупою (збільшення до 20 разів).
Макродослідження дозволяє визначити характер і розміщення видимих
дефектів у різних зонах зварних з'єднань.
При мікроструктурному аналізі (мікроаналіз) досліджується
структура металу при збільшенні в 50...2000 разів за допомогою оптичних
мікроскопів. Мікродослідження дозволяє встановити якість металу, в тому
числі виявити перепал, оксиди по межах зерен, засміченість металу
неметалевими включеннями (оксидами, сульфідами), величину зерен
металу, зміну складу металу при зварюванні, мікроскопічні тріщини, пори
та інші дефекти структури.
Методика виготовлення шліфів для металографічних досліджень
полягає у вирізуванні зразків із зварних з'єднань, шліфуванні, поліруванні
та травленні поверхні металу спеціальними речовинами.
Металографічне дослідження зварних з'єднань доповнюється
вимірюванням твердості і при потребі хімічним аналізом.
Спеціальні випробування проводять, щоб дістати характеристики
зварних з'єднань, які враховують умови експлуатації зварної конструкції:
визначення корозійної стійкості для конструкцій, що працюють у
корозійних середовищах; міцності від утомленості при циклічних
навантаженнях; повзучості при експлуатації в умовах дії підвищених
температур і т. д.
Питання для самоперевірки
1. У чому полягає суть зварювання та як класифікуються види
зварювання?
2. Що називається зварним з'єднанням і зварним швом?
3. Що розуміють під зварюваністю матеріалів? Назвіть основні
показники зварюваності.
4. Які процеси складають підготовку металу під зварювання?
5. Як класифікують основні види контролю зварних з'єднань? Їх
суть.
