Неруйнівні методи контролю зварного з’єднання

Процес утворення зварних швів супроводжується нагріванням і розплавленням присадкового матеріалу й зварних кромок, їх спільною кристалізацією та охолодженням, нагрівом і охолоджен­ням основного металу в зоні термічного впливу.

При цьому залежно від режимів і технологічних особливостей зварювання й термічної обробки структура металу шва та зони термічного впливу буде різною. Відповідно будуть відрізнятися їх властивості й хімічний склад. Вивчення структурних складових ме­талу різних зон зварних з'єднань проводиться при металографічних випробуваннях, які дозволяють виявити зміни, що проходять у ме­талі при різних режимах зварювання і термообробки.

При металографічних випробуваннях досліджують характер руйнування зразків (вид злому), макро- і мікроструктуру зварного шва і зони термічного впливу. Крім цього, на шліфах для метало­графічних випробувань визначають твердість різних зон зварного з'єднання.

Для вивчення виду злому використовують зразки, які зруйну­вались при випробуваннях різних видів. Огляд злому проводять неозброєним око vi або за допомогою лупи з десятикратним збільшенням. Пластичне руйнування характеризується утворен­ням «шийки» в зразках, які випробовуються на розтяг. Пластичні метали дають волокнистий сірий злом із матовою поверхнею. Це свідчить про наявність більш сприятливих дрібнозернистих структур.

При крихкому руйнуванні зміна розмірів зразків незначна, злом має блискучий кристалічний вигляд, метал відрізняється крупнозернистою структурою з низькими пластичними властиво­стями.

Зразки руйнуються у місцях наявності дефектів, які легко вияв­ляються на зломі. Пори виглядають як круглі або витягнуті пусто­ти з гладкими стінками. Гарячі тріщини характеризуються темною окисненою поверхнею; поверхня металу холодних тріщин блиску­ча; пустоти з гострими краями вказують на наявність сторонніх включень (іноді у зломі зберігаються й самі включення).

Таким чином, за видом злому можна робити висновок про будову металу в місці злому, про його однорідність, суцільність і пластичні властивості.

Макроаналіз

Макроструктуру досліджують для визначення розмірів і фор­ми перерізу зварного шва, величини зони термічного впливу, ви­явлення нещільностей у вигляді непроварів, тріщин, nop та інших дефектів.

При макродослідженнях можна виявити ділянки хімічної неод­норідності, лікваційні зони, усадкову пористість, форму, розміри й напрям росту кристалітів.

Макроаналіз проводять на спеціально заготовлених зразках-макрошліфах. Для приготування шліфів із зварних з'єднань вирізу­ють плоскі заготовки — темплети. Вирізування виконують упопе­рек чи по площині зварного шва так, щоб у них входили всі ділянки з'єднання: наплавлений метал, зона сплавлення й термічного впли­ву, основний метал. Досліджувану поверхню зразка послідовно обробляють різанням або абразивом, шліфують, знежирюють і під­дають травленню спеціальними реактивами. Різні зони зварного з'єднання неоднаково взаємодіють із реактивами, тому окремі ділян­ки втрачають відображувальну здатність і проявляються у вигляді затемнених складових.

Рельєф, утворений затемненими і світлішими ділянками, відтворює картину структури.

Мікроаналіз

Мікроаналіз — це дослідження спеціально виготовлених мікрошліфів за допомогою металографічних мікроскопів, які дають збільшення в 50-2000 і більше разів. При вивченні мікрошліфів ви­являють дефекти у вигляді мікротріщин і мікроскопічних уклю-чень, визначають структурні складові зварного з'єднання (різних ділянок шва і зони термічного впливу), що дозволяє робити виснов­ки про процеси кристалізації металу шва.

Мікрошліфи виготовляють із вирізаних для металографічного аналізу ділянок металу зварного з'єднання. Для зручності обробки площа шліфа не повинна перевищувати 20x20 мм, а товщина — 10-15 мм. При звичайному шліфуванні глибина шару із спотворе­ною дією образива структурою становить 50-100 мкм, поскільки гли­бина травлення для виявлення мікроструктури не перевищує 10 мкм. Шар із спотвореною при шліфуванні структурою повинен бути ви­даленим. Для цього шліфи маловуглецевих і низьколегованих сталей обробляють наждачним папером, поступово переходячи від більш крупного зерна до дрібнішого, а потім проводять полірування з до­помогою пасти. Полірування виконується на спеціальних станках з горизонтально розташованим полірувальним кругом, який оберта-. ється від електроприводу Потім зразки промивають водою, спиртом і відразу ж піддають травленню. У якості реактивів для мікрошліфів із низьковуглецевих низько- і середньолегованих сталей найчастіше використовують слабі спиртові розчини кислот.

Дуже високу якість мікрошліфів можна одержати при електролі­тичному поліруванні й травленні. Для цього їх занурюють у ванну з електролітом і пропускають електричний струм. Мікровиступи зразка під дією струму розчиняються. При цьому поверхня шліфа одночасно полірується і протравлюється. Цей метод дає можливість повністю ліквідувати сліди шару, який деформується при механіч­ній обробці, і дозволяє виявити найтонші структурні складові.

Вимірювання твердості

Твердістю називається здатність металу чинити опір плас­тичній деформації при вдавлюванні в нього значно твердішого тіла. Твердість дає можливість одержати правильну картину показників міцності різних ділянок зварного з'єднання, тому що для пластич­них металів вона пропорційна тимчасовому опору при розриві.

До основних видів випробовування на твердість відносяться три передбачені стандартом методи, названих за іменами їх ви­нахідників:

метод Брінелля, метод Віккерса і метод Роквелла.

Вимірювання твердості за методом Брінелля застосовують для металів і сплавів малої та середньої твердості. Суть методу полягає у вдавлюванні шарика визначеного діаметра у випробувальний зра­зок під дією певного зусилля.

Для випробування матеріалів великої твердості застосовують метод Віккерса, де наконечником для випробовувань є алмазна піраміда, яка дозволяє перевірити твердість деталей малих пе­рерізів і тонких шарів.

Для випробовувань за методом Роквелла твердість вимірюється не за розмірами відбитка, а за глибиною проникнення алмазного ко­нуса або сталевого шарика у випробовуваний зразок металу.

Велике значення має визначення твердості окремих складових зварного шва — мікротвердості. Це дозволяє оцінити повноту про­ходження багатьох металургійних процесів, які проходять при зва­рюванні.

Вимірювання твердості рекомендується проводити за відповід­ними схемами. Для стикових з'єднань листів товщиною менше 3 мм дозволяється проводити вимірювання твердості по зовнішній по­верхні зразка із знятим до рівня основного металу «посилення».

Магнітопорошковий метод

При цьому методі магнітного контролю поля розсіювання, які утворються під місцями розташування дефектів, виявляються за допомогою магнітних порошків. Феромагнітні частинки цих по­рошків, потрапляючи в неоднорідне магнітне поле, прагнуть під йо­го дією зосередитись у тих місцях, де його силові лінії згущаються, тобто біля кромок дефектів; і над місцями, де вони розташовані, як­що дефекти поверхневі.

Застосовують порошки чорного або цегляно-червоного кольору (порошки технічного і синтетичного магнетиту, порошок феро­магнітного оксиду заліза, розмелену окалину). Використовують та­кож магніто-люмінесцентні порошки.

Контроль магнітопорошковий методом проводиться сухим і мо­крим способами. При сухому — за допомогою пульверизатора або сита напилюють сухий порошок, а для кращого прилягання порош­ку над дефектом використовують суспензії магнітних частинок у рідині — мокрий спосіб. Перед застосуванням магнітопорошкового методу зварну конструкцію намагнічують за допомогою постійного магніту або шляхом пропускання електричного струму (постійного, змінного, імпульсного).

Магнітопорошковий метод контролю здійснюється за допомогою стаціонарних, пересувних і переносних дефектоскопів. Для монтаж­них умов використовують пересувні та переносні магнітні дефекто­скопи.

Магнітографічний метод

Цей спосіб заключається в реєстрації магнітних полів розсіюван­ня від дефектів, зафіксованих на магнітній стрічці, і в зчитуванні цього запису за допомогою спеціальних пристроїв, які перетворюють одержану інформацію в сигнали, видимі на екрані електронно-про­меневої трубки.

Методи контролю: поверхню шва очищають від бруду, води, ме­талевих бризок, залишків шлаку; попередньо розмагнічену магнітну стрічку вкладають на контрольоване з'єднання і щільно притиска­ють до поверхні гумовим пасом; вироби намагнічують електро­магнітом, який переміщують вздовж шва. При цьому магнітні поля розсіювання, що появляються в місцях розташування дефектів, фіксуються на магнітній стрічці. Інформацію про якість зварного з'єднання зчитують за допомогою дефектоскопа і визначають місце знаходження дефекту.

КОНТРОЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВИМИ МЕТОДАМИ

Ультразвукова дефектоскопія якості зварних з'єднань засто­совується на заводах і в монтажних організаціях.

Переваги контролю ультразвуковим методом — це оперативність, чутливість до найнебезпечніших дефектів (тріщини й непровари), високі техніко-економічі показники. Апаратура для контролю — портативна та надійна.

Для виявлення дефектів у зварному з'єднанні в основному за­стосовують три методи ультразвукового контролю: ехо-імпульсний метод, тіньовий і дзеркально-тіньовий.

Ехо-імпульсний метод (а) здійснюється шляхом введення у виріб імпульсу ультразвуку і прийому відображеного від дефекта ехо-сигналу, який є ознакою наявності нещільності. За відрізком часу між вказаними імпульсами роблять висновки про глибину залягання дефекту.

При тіньовому методі (б) шукачі розташовують на протилежних поверхнях виробу, ультразвук проходить від ви­промінювача до приймача через контрольований переріз, а ознакою дефекту є зменшення амплітуди (інтенсивності) сигналу. Цей ме­тод використовується в імпульсному та в неперервному режимах випромінювання ультразвуку.

Дзеркально-тіньовий метод (в) — про наявність де­фекту роблять висновок за зменшенням амплітуди ехо-сигналу, відображеного від протилежної донної поверхні виробу і ослабле­ного наявними нещільностями.

Найчастіше застосовують високочутливий ехо-імпульсний метод, у якому поєднуються шукач і функції випромінювача та приймача.

Ультразвуковий контроль ґрунтується на здатності ультразву­кових хвиль відбиваться від поверхні поділу двох середовищ. У де­фектоскопії застосовують п'єзоелектричний спосіб утворення ульт­развукових хвиль, який 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 коливанням п'єзоплас-тин датчика; частоти ультразвукових коливань звичайно перевищу­ють 20000 Гц. За допомогою п'єзометричного щупа ультразвукового дефектоскопа, який розміщують на поверхні зварного з'єднання, в метал надсилають спрямовані електрозвукові коливання. Ультразвук вводять у виріб окремими імпульсами під кутом до по­верхні металу. При зустрічі з дефектом виникає відбита ультразвукова хвиля, яка сприймається іншим щупом або тим самим під час паузи між імпульсами. Відбитий ультразвуковий сигнал пере­творюється в електричний, підсилюється і подається на трубку осцилографа, де фік­сується дефект у з'єднанні у вигляді піку на екрані осци­лографа.