Дефекти зварних швів, способи контролю дефектів - вчися як на парах!
Мета роботи - практичне знайомство з дефектами зварних швів, з фізичними основами, апаратурою, еталонами і основними параметрами ультразвукового контролю; набуття практичних навичок роботи на сучасних дефектоскопах.
До основних дефектів зварних швів відносяться наступні.
Ослаблення або надмірне посилення шва - дефект формування шва. Причини: неправильний вибір швидкості зварювання.
Груба чешуйчатость і нерівномірність ширини шва. Причини: стікання металу під дією сили тяжіння, нестабільність горіння дуги, неякісна підготовка зварювальних матеріалів.
Непровар - місцеві несплавлення в зварному з'єднанні внаслідок неповного розплавлення кромок або поверхонь раніше виконаних валиків. Причини: неправильний вибір режиму зварювання, відхилення дуги від осі стику, погана очистка попередніх шарів від шлаку або затікання шлаку попереду зварювальної ванни.
Перевитрата - значна зона кольорів мінливості, губчаста поверхню, сильне окислення металу шва і прилеглого до нього основного металу. Причини: сильно окислювальна среда, надмірна довжина дуги, уповільнене рух джерел нагріву, інтенсивний режим зварювання.
Пропал - місцеве наскрізне проплавлення зварювальних частин при зварці. Причини: надмірна сила струму, недостатня товщина металу, мале притуплення крайок.
Підріз - місцеве зменшення товщини основного металу біля кордону шва. Причини: нерівномірна подача присадочного прутка, неправильне положення електрода або пальника, надлишок проведеного тепла.
Кратер - поглиблення, що утворюється після різкого обриву дуги в кінці шва.
Напливи - натікання металу шва на поверхню основного металу або раніше виконаного валика без сплаву з ним. Причини: неправильно обраний режим, погана очистка основного металу, неправильно вибране положення вироби в просторі.
Пористість - поява свищів, газових бульбашок або шорсткості на поверхні і в тілі шва. Причини: наявність газів в металі, вологи в обмазці або флюсі, іржі на зварюваних кромках або присадний металі.
Шлакові включення в металі. Причини: забруднення основного і присадочного металу оксидами, які отримуються в результаті нерівномірності плавлення електродного покриття, тугоплавкости і підвищеної в'язкості шлаків і недостатнього розкислення металу шва.
Тріщини шва виникають через великі усадочних і структурних напружень в металі, підвищеного вмісту сірки, фосфору і вуглецю в металі, надмірно жорсткого закріплення деталей, що зварюються.
При контролі якості зварних виробів застосовують такі способи виявлення дефектів.
Зовнішній огляд і перевірка розмірів шва. Виявляють підрізи, раковини, свищі, наскрізні тріщини, пори, незаплавлених кратери, нерівномірність шва і невідповідність розмірів.
Механічні і технологічні випробування властивостей наплавленого металу і зварюваного з'єднання. До механічних відносять гідравлічне випробування апаратури, що працює під тиском. Випробування стисненим повітрям проводять з метою визначення щільності і міцності вироби.
Гасова проба. При застосуванні цього способу одну сторону з'єднання покривають крейдою, а іншу гасом. При наявності наскрізних дефектів в зварних швах гас змочує крейда.
Рентгенівське просвічування шва. Грунтується на відмінності в ступені поглинання рентгенівських променів металом і неметалевими речовинами; при цьому виявляють пори, раковини, тріщини, непровари, шлакові включення.
Ультразвуковий метод. Заснований на здатності різних середовищ по різному відбивати ультразвукові коливання; цим способом можна виявити дефекти в зварному шві у вигляді неметалічних включень.
Магнітні методи. Засновані на розсіюванні магнітних потоків в дефектних місцях вироби і дозволяють виявляти дрібні тріщини і пори шва.
Випробування аміаком. Порожнисту продукцію незалежно заповнюють стисненим повітрям з додаванням 1% аміаку, а шви закривають папером, просоченою 50% розчином азотнокислої ртуті. При наявності нещільності на папері з'являються чорні плями.
Люмінесцентний метод. Деталь занурюють на 20 ... 30 хв в суміш гасу і масла, а потім витирають насухо і занурюють в порошок магнезії, прилипає в місцях появи масла (над тріщинами).
Проводить металографічний контроль. Цим способом визначають макро - і мікроструктуру металу, а також пори, тріщини, раковини, непровари, перевитрата, перегрів, нітриди і інші дефекти зварного шва.
Розглянемо докладніше ультразвуковий метод контролю. Він заснований на використанні ультразвукових коливань, які являють собою механічні коливання пружного середовища з надвисокими частотами. Ультразвукові хвилі здатні проникати в метал на велику глибину і відбиватися від неметалічних включень, що знаходяться в ньому. Для отримання ультразвукових коливань в дефектоскопії використовується п'єзоелектричний ефект - властивість деяких кристалів (кварцу, сегнетової солі, титану барію) миттєво перетворювати механічні коливання в електричні. Такі кристали, поміщені в електричному полі, дають зворотний п'єзоелектричний ефект, тобто перетворюють електричні коливання в механічні.
Вирізана з цих матеріалів пластина (п'єзокристал) під дією змінного електричного струму високої частоти стає джерелом ультразвукових коливань. Пучок ультразвукових хвиль від вібруючої платівки спрямовується на контрольовані вироби і при наявності будь-якого дефекту не проходить через нього, а відбивається і вловлюється цієї ж платівкою, яка перетворює ультразвукові коливання в електричні. Відображені електричні коливання через підсилювач подаються на осцилограф і викликають відхилення променя на екрані електронної трубки. По виду цього відхилення можна судити про характер дефекту.
П'єзокристал ультразвукового дефектоскопа поміщений в призматичний щуп, який забезпечує введення в деталь пучка ультразвукових хвиль під певним кутом до поверхні деталі, що дозволяє вести контроль шва без зняття перевищення.
У процесі контролю щуп переміщають поруч зі швом поперечними і поздовжніми рухами. Створення необхідного акустичного контакту між щупом і деталлю забезпечується маслом безпосередньо перед контролем.
Сучасні дефектоскопи забезпечені необхідними пристроями для настройки приладу на контроль швів заданої товщини і для визначення глибини залягання дефектів.
Збудник пьезопреобразователя призначений для генерування високочастотних електричних імпульсів, імпульсів синхронізації. Генеруються електричні коливання перетворюються пьезопластінкі шукача в ультразвукові коливання. Імпульси цих коливань при наявності акустичного контакту між шукачем і поверхнею контрольованого металу проникають всередину металу і поширюються в ньому.
Дійшовши до кордону будь-якої чужорідної середовища (дефекту), імпульси відбиваються. Частина енергії відбитих ультразвукових коливань потрапляє на п'єзоелектричну пластинку шукача, яка перетворює їх в електричні коливання. Імпульси електричних коливань подаються на вхід підсилювача високої частоти.
Підсилювач високої частоти підсилює високочастотні електричні імпульси. Схемою приладу передбачена робота з одним шукачем, використовуваним в режимі випромінювання так і в режимі прийому.
Глибиномір призначений для вимірювання координат відбиває дефекту. Вимірювання координат при ехо-імпульсному методі ультразвукової дефектоскопії зводиться до вимірювання часу між моментом випромінювання зондуючого імпульсу і моментом прийому відбитого імпульсу.
У дефектоскопі час вимірюється методом порівняння по екрану ЕПТ невідомого тимчасового інтервалу з часом затримки синхроимпульса в схемі глубіномерного пристрої (глибиномір містить схему змінної затримки, про величину якої можна судити по куту повороту осі змінного опору).
При суміщенні маркерного імпульсу з переднім фронтом луна-сигналу, відбитого від дефекту, тривалість затримки маркерного імпульсу дорівнює часу проходження зондуючого імпульсу від п'єзоелектричної пластинки до відбиває пластинки і назад. Шкала глибиноміра проградуірована в мікросекундах, а також в міліметрах для безпосереднього відліку координат дефекту.
Порядок виконання роботи
1. Вивчення дефектів:
Писати візуальну перевірку якості зварних з'єднань, визначити розміри дефектів і зробити висновки про допустимість або неприпустимість виявлених дефектів відповідно до вимог СНиП III-18-75 *;
Замалювати ескізи розташування внутрішніх і зовнішніх дефектів, пояснити причини їх появи і зробити вказівки щодо виправлення цих дефектів.
2. Вивчення способів контролю якості зварних швів:
Ознайомитися з властивостями ультразвуку і основами ультразвукової дефектоскопії;
Ознайомитися з функціональною схемою і принципом роботи ультразвукового дефектоскопа;
Визначити за стандартами основні параметри контролюючої системи; по еталонному зразку - кут зводу (рис.) для щупів, що мають кути падіння b = 30, 40, 50 °, і порівняти з кутами, розрахованими за формулою:
= Arcsin ((C'n / Сnр) sinb),
Де C'n - швидкість поперечних хвиль в металі, C'n = 3200 м / с; Сnр - швидкість поздовжніх хвиль в матеріалі призми шукача, Сnр = 2700 м / с;
Перевірити точність роботи глибиноміра по еталонному зразку (рис.);
Підготувати зварений зразок для контролю (зачистити, нанести шар масла);
Провести контроль зварного шва, результати контролю нанести на дефектограми.
Звіт по I частини роботи містить опис методики виконання роботи, основних видів дефектів зварних швів, основних способів контролю якості зварних з'єднань, таблицю ескізів дефектів, висновки.
У звіті по II частини роботи уявити принципову схему дефектоскопа, опис принципу роботи дефектоскопа, результати налаштування дефектоскопа, діаграму зразка зварного шва, висновки.
1. Які дефекти зварних з'єднань є зовнішніми і внутрішніми?
2. Що називають непроваром, напливом, подрезом, шлаковим включенням, пористістю, тріщиною?
3. Якими методами контролю перевіряють якість міцних і плотнопрочних зварних швів?
4. Які причини утворення різних видів дефектів?
5. Які цілі переслідуються при різних способах контролю зварних швів?
6. Які дефекти в зварних з'єднаннях допустимі з обмеженнями, а які - ні?
7. Які способи контролю зварних швів відносять до звичайних, які до підвищених?
8. Що таке зона термічного впливу?
9. Що досліджують при випробуванні зварного з'єднання на розтягнення і на вигин в холодному стані?
10. Які механічні характеристики металу шва визначають при випробуванні на розтяг і на ударний вигин?