Визуальный и измерительный контроль сварных соединений

Визуальный и измерительный контроль (ВИК) материала и сварных соединений проводят на стадиях: входного контроля, подготовки деталей и сборочных единиц к сборке, сборки под сварку, процесса сварки, контроля готовых сварных соединений и наплавок, исправления дефектных участков в материале и сварных соединениях (наплавках).

ВИК проводят с целью выявления деформаций, поверхностных трещин, расслоений, закатов, забоин, рисок, раковин; проверки геометрических размеров заготовок и деталей, проверки обеспечения допустимых зазоров, смещений кромок, формы и размеров кромок, подрезов, прожогов, наплывов, кратеров, свищей, пор, раковин и дефектов формы швов; проверки геометрических размеров сварных швов.

Визуальный и измерительный контроль проводят невооруженным глазом и (или) с применением визуально-оптических приборов (луп, микроскопов).

Поверхности материалов и сварных соединений (наплавок) перед контролем очищаются от влаги, шлака, брызг металла, ржавчины и других загрязнений, препятствующих проведению контроля.

При ВИК сварных соединений контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва, а также примыкающие к нему участки материала в обе стороны от шва.

Дефекты, выявленные при визуальном и измерительном контроле, должны быть устранены до выполнения последующей технологической операции или до приёмки объекта контроля.

Порядок выполнения визуального и измерительного контроля подготовки и сборки деталей под сварку Измерительный контроля соединений, собранных под сварку (рис. 1.1), включает проверку:

• — размеров швов приварки временных технологических креплений;
• — величины зазора в соединении, в том числе между деталью и подкладной пластиной;
• — размера смещения кромок (внутренних и наружных) собранных деталей;
• — размера перекрытия деталей в нахлёсточном соединении;
• — размеров (длина, высота) прихваток и их расположения по длине (периметру);

Визуальному контролю подлежит каждая прихватка в соединении. Измерительному контролю подвергаются прихватки, размеры которых вызывают сомнения по результатам визуального контроля.

а)б).

в)г).

д) Рисунок 1.1 Контролируемые параметры при сборке изделий под сварку Таблица 1.1- «Обозначение дефектов и средства измерения».

Схемы измерения отдельных размеров подготовки деталей под сборку и сборки соединений под сварку с помощью шаблона универсального типа УШС приведены на рис. 1.2, 1.3.

а).

б).

Рисунок 1.2. Контроль универсальным шаблоном сварщика УШС:

а — общий вид шаблона; б — измерение угла скоса разделки б;

а).

б).

Рисунок 1.3 Контроль универсальным шаблоном сварщика УШС:

а — измерение размера притупления кромки;

б — измерение зазора в соединении.

Порядок выполнения визуального и измерительного контроля сварных соединений (наплавок) Послойный визуальный контроль в процессе сварки выполняется с целью выявления недопустимых поверхностных дефектов в каждом слое.

(валике) шва. Выявленные при контроле дефекты подлежат исправлению перед началом сварки последующего слоя (валика) шва.

Измеряемые параметры и требования к выполнению измерительного контроля сварных швов приведены на рисунке 1.4.

а).

• б)
• в)
• г)
• е)

Рисунок 1.4. конструктивные элементы и дефекты сварного шва, подлежащие измерительному контролю: а, б, в — размеры стыкового шва с наружной и внутренней стороны; г — подрез и неполное заполнение шва, екатет шва.

Примеры измерения отдельных размеров сварного соединения с помощью универсального шаблона типа УШС приведены на рисунке 1.5.

а).

б).

Рисунок 1.5. Измерения с помощью шаблона УШС размеров сварного шва: а — измерение высоты шва g и глубины подреза; б — измерение ширины шва e. визуальный измерительный контроль сварка Контрольные вопросы.

1. На каких стадиях и с какой целью проводят визуальный и измерительный контроль материала? — входного контроля;

Изготовления деталей, сборочных единиц и изделий; подготовки деталей и сборочных единиц к сборке; подготовки деталей и сборочных единиц к сварке; сборки деталей и сборочных единиц под сварку; процесса сварки; контроля готовых сварных соединений и наплавок; исправления дефектных участков в материале и сварных соединениях (наплавках);

• 2. Какие параметры являются основными при контроле изделия собранного под сварку?
• -нормативные расстояния между заводскими продольными швами свариваемых изделий;
• — правильность сборки и крепления свариваемых изделий в центраторах;
• — правильность (расположение и количество) установки прихваток и их качество;
• — чистоту кромок и прилегающих к ним поверхностей.
• 3. Каким образом производят замер параметров изделия при помощи УШС?

Для контроля глубины дефектов (вмятин, забоин), превышения кромок, глубины разделки стыка до корневого слоя и высоты усиления шва, шаблон установить на образующую поверхность изделия плоскостью А. Повернуть движок 2 вокруг оси 4 до соприкосновения конца указателя 3 с измеряемой поверхностью (поверхностью вмятины, кромки шва и т. д.). Снять отсчет по шкале Г с помощью риски К. (рис. 1).

Рисунок 1 — измерение смещения наружных кромок деталей F.

К онтроль притупления и ширины шва производить с помощью шкалы Е, пользуясь ею как измерительной линейкой (рис. 2).

Рисунок 2 — измерение размера притупления кромки р.

Для контроля величины зазора между свариваемыми деталями ввести клиновую часть движка 2 в контролируемый зазор до упора. Снять отсчет по шкале И (рис. 3).

Рисунок 3 — измерение зазора в соединение а.

Для контроля углов скоса кромок установить шаблон плоскостью Б на образующую поверхность изделия. Повернуть движок 2 до совмещения плоскости В движка с измеряемой поверхностью. Снять отсчет по шкале Д основания, пользуясь плоскостью В движка как индексом (рис. 4).

Для определения диаметра электрода (электродной проволоки) его вставляют в пазы Ж шаблона, используя пазы как калибры-скобы.

4. С какой целью проводят ВИК сварных соединений (наплавок)?

С целью выявления деформаций, поверхностных трещин, расслоений, закатов, забоин, рисок, раковин и других несплошностей; проверки геометрических размеров заготовок, полуфабрикатов и деталей; проверки допустимости выявленных деформаций и поверхностных несплошностей.

• 5. Какие параметры необходимо контролировать в выполненном сварном соединении?
• · размеры поверхностных дефектов (поры, включения и др.), выявленных при визуальном контроле;
• · высоту и ширину шва, а также вогнутость и выпуклость обратной стороны шва в случае доступности обратной стороны шва для контроля;
• · высоту (глубину) углублений между валиками (западания межваликовые) и чешуйчатости поверхности шва;
• · подрезы (глубину и длину) основного металла;
• · отсутствие непроваров (за исключением конструктивных непроваров) с наружной и внутренней стороны шва;
• · размеры катета углового шва;
• · отсутствие переломов осей сваренных цилиндрических элементов.
• 7. Методы разрушающего контроля.

К разрушающим методам контроля относятся способы испытания контрольных образцов с целью получения необходимых характеристик сварного соединения.

Эти методы могут применяться как на контрольных образцах, так и на отрезках, вырезанных из самого соединения. В результате разрушающих методов контроля проверяют правильность подобранных материалов, выбранных режимов и технологий, осуществляют оценку квалификации сварщика.

Механические испытания являются одним из основных методов разрушающего контроля. По их данным можно судить о соответствии основного материала и сварного соединения техническим условиям и другим нормативам, предусмотренным в данной отрасли.

К механическим испытаниям относят:

• · испытание сварного соединения в целом на различных его участках (наплавленного металла, основного металла, зоны термического влияния) на статическое (кратковременное) растяжение;
• · статический изгиб;
• · ударный изгиб (на надрезанных образцах);
• · на стойкость против механического старения;
• · измерение твердости металла на различных участках сварного соединения.

Контрольные образцы для механических испытаний варят из того же металла, тем же методом и тем же сварщиком, что и основное изделие.

В исключительных случаях контрольные образцы вырезают непосредственно из контролируемого изделия. Варианты образцов для определения механических свойств сварного соединения показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 Варианты образцов для определения механических свойств (размеры в мм): А-Б-на растяжение наплавленного металла (А) и сварного соединения (Б); В-на изгиб; Г-на ударную вязкость.

Статическим растяжением испытывают прочность сварных соединений предел текучести, относительное удлинение и относительное сужение. Статический изгиб проводят для определения пластичности соединения по величине угла изгиба до образования первой трещины в растянутой зоне. Испытания на статический изгиб проводят на образцах с продольными и поперечными швами со снятым усилением шва заподлицо с основным металлом.

8. Операционный контроль.

Операционный контроль выполняется в процессе производства сварочных (наплавочных) работ. Он включает в себя проверку:

• — соответствия квалификации (аттестации) сварщика выполняемым работам;
• — соответствия основных и сварочных материалов проектным;
• — качества подготовки и сборки под сварку (чистота кромок, количество, расположение и качество прихваток, отсутствие смещения и перелома, и т. д.);
• — соответствие технологии сварки проектной (аттестованной) (предварительный подогрев, сварочные режимы, порядок наложения швов и т. д.). Контроль на этом этапе направлен на предупреждение дефектов в сварных швах.

Операционный контроль проводят в соответствии с технологической документацией изготовителя. Контроль должен быть достаточным для оценки качества выполняемых операций, имея в виду выполнение требований стандартов или технических условий и проектной документации на конструкции.

9. Контроль герметичности изделий Существует довольно много методов контроля сварных швов на проницаемость с использованием различных материалов — газов (в основном воздуха или азота), жидкостей (воды или масла). Сутью испытаний является создание избыточного давления или разрежения и обнаружение мест, через которые под их воздействием рабочий компонент (газ или жидкость) проникает через сварной шов.

По виду используемого рабочего компонента и способа создания разности давлений различают пневматический, гидравлический, пневмогидравлический, вакуумный контроль.

Пневматический способ контроля. При пневматическом способе проверяемая емкость надувается воздухом, азотом или инертным газом до давления, составляющего 100−150% от рабочего (в зависимости от технических условий на изделие). Наружные швы смачиваются пенообразующим составом, который представляет собой раствор туалетного или хозяйственного мыла в воде (50−100 г мыла на 1 литр воды).

Если испытания проводятся при минусовой температуре, часть воды (до 60%) заменяется спиртом. Появившиеся на поверхности швов пузырьки свидетельствуют о наличии сквозных дефектов.

Гидравлический контроль. Гидравлическое испытание предполагает использование в качестве компонента, создающего давление, воды или масла.

После создания необходимого давления (100−150% от рабочего), емкость выдерживают в таком состоянии около 5−10 минут, обстукивая легкими ударами молотка с круглым бойком околошовную зону.

Если шов имеет сквозной дефект, он проявится течью жидкости.

Емкости, работающие без значительного избыточного давления, необходимо выдерживать наполненными более длительное время — не менее двух часов.

10. Электрошлаковая сварка является самым высокопроизводительным способом автоматической сварки металла значительной толщины.

Электрошлаковой сваркой называется сварка плавлением, при которой для нагрева свариваемых кромок н электродной проволоки используется теплота, выделяющаяся при прохождении электрического тока через расплавленный шлак.

Схема электрошлаковой сварки представлена на рис. 6. В пространство между свариваемыми кромками 1 изделия и шлакоудерживающими приспособлениями (медными ползунами 2, начальными планками 3) вводятся флюс и электродная проволока. Процесс сварки начинается с возбуждения дуги между электродной проволокой и начальной планкой.

Теплотой дуги расплавляются флюс и электродная проволока. Образуется ванна расплавленного металла 4, покрытая слоем жидкого шлака 5. Сварочный ток, проходя через расплавленный шлак, нагревает его до температуры 1600 … 1700° С.

Электродная проволока, находясь в ванне нагретого шлака, плавится, и дуга гаснет. Дальнейший бездуговой процесс плавки происходит за счет теплоты, выделяемой в шлаке сварочным током. По мере заполнения шва металлом медные ползуны, охлаждаемые проточной водой, перемещаются снизу вверх и формируют сварной шов.

Применяя электрошлаковую сварку несколькими электродными проволоками или электродами в виде ленты, можно сваривать кромки изделия практически любой толщины. Таким образом разрешена проблема однопроходной сварки толстого металла.

Рисунок 7. Сварка швов сложной конфигурации.

Важным преимуществом электрошлаковой сварки является возможность сварки швов сложной конфигурации (рисунок 7), при этом электродная проволока 3 подается через плавящийся мундшук 2, форма которого соответствует форме свариваемого шва 1. Мундштук плавится вместе с электродной проволокой, заполняя свариваемый шов металлом.

Качество металла шва получается значительно выше, чем при автоматической сварке под флюсом. Это объясняется постоянным наличием над металлом шва жидкой фазы металла и нагретого шлака, что способствует более полному удалению газов и неметаллических включений.

11. Трещины.

Трещины бывают холодные и горячие (рисунок 8). Трещины могут быть как наружными, так и внутренними. Это самые опасные дефекты сварного соединения, часто приводящие к его разрушению. Проявляются они в виде разрыва в сварном шве или в прилегающих к нему зонах. Сначала трещины образуются с очень малым раскрытием, но под действием напряжений их распространение может быть соизмеримо со скоростью звука, в результате чего происходит разрушение конструкции.

Причинами образования трещин являются большие напряжения, возникающие при сварке. Чаще всего трещины проявляются при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей в результате быстрого охлаждения сварочной ванны. Вероятность появления трещин увеличивается при жестком закреплении свариваемых деталей.

Горячие трещины — появляются в процессе кристаллизации металла при температурах 1100 —1300°С вследствие резкого снижения пластических свойств и развития растягивающих деформаций. Появляются горячие трещины на границах зерен кристаллической решетки. Появлению горячих трещин способствует повышенное содержание в металле шва углерода, кремния, водорода, никеля, серы и фосфора. Горячие трещины могут возникать как в массиве шва, так и в зоне термического влияния. Распространяться горячие трещины могут как вдоль, так и поперек шва. Они могут быть внутренними или выходить на поверхность.

Холодные трещины — возникают при температурах ниже 120 °C, то есть сразу после остывания сварочного шва. Кроме того, холодные трещины могут возникнуть и через длительный промежуток времени. Причиной появления холодных трещин являются сварочные напряжения, возникающие во время фазовых превращений, приводящих к снижению прочностных свойств металла. Причиной появления холодных трещин может стать растворенный атомарный водород, не успевший выделиться во время сварки. Причинами попадания водорода могут служить непросушенные швы или сварочные материалы, нарушения защиты сварочной ванны.

12. Приемо-сдаточные испытания сварных конструкций.

Изготовленные конструкции принимаются для сдачи их заказчику (на заказ или механосборочному цеху). Во многих случаях по техническим условиям производится испытание конструкций на действительную расчетную нагрузку, на нагрузку, несколько превышающую расчетную, или на нагрузку, имитирующую действительную. Испытание на имитирующую нагрузку проводится в том случае, если не имеется условий, создающих действительную нагрузку.

Имитирующая нагрузка должна создавать усилия в основных элементах, совпадающие со значениями усилий от действительной нагрузки.

Приемка конструкций проходит по следующим этапам.

• 1. Проверка всех документов, отражающих качественную характеристику использованных материалов в соответствии с техническими условиями: сертификатов на основной металл, примененный в изделии, сертификатов на отливки или поковки (в комбинированных конструкциях), сертификатов на электроды, присадочную проволоку и флюсы.
• 2. Проверка всех документов, отражающих насколько изготовление изделия соответствовало технологии, разработанной и утвержденной технологическим отделом: журнала пооперационного контроля; паспортов сварщиков, принимавших участие в изготовлении (сварке) изделия; результатов механических испытаний сварных образцов (если сварка образцов предусмотрена техническими условиями); актов испытания изделия в соответствии с техническими условиями; результатов рентгеновского просвечивания.
• 3. Проверка соответствия конструкций геометрическим размерам, заданным чертежом. Эта проверка производится на стеллажах обмером конструкции; прямолинейность конструкции и совпадение осей проверяются по струне—натянутой стальной проволоке.
• 13. Оболочковые конструкции.

Отличительной особенностью оболочковых конструкций по сравнению с другими металлоконструкциями являются то, что их соединения должны удовлетворять не только условиям прочности и надежности, но и плотности. Выполнение этих условий наиболее просто и надежно обеспечивается в сварных оболочках. К числу особенностей изготовления оболочковых конструкций следует отнести также и то, что при заготовке для них отдельных элементов применяются такие операции как штамповка, холодная гибка, правка и т. п., которые связаны с протеканием больших пластических деформаций в заготовках и со значительным использованием запаса пластичности материала. Это приводит к тому, что к материалам оболочковых конструкций, как правило, предъявляются повышенные требования по характеристикам пластичности. ?

Толщина стенки оболочковых конструкций, как правило, мала по сравнению с их габаритными размерами. В связи с этим предполагается также, что напряжения в стенке оболочки распределены равномерно по ее толщине.

При изготовлении оболочковых конструкций в зависимости от их размеров и геометрических форм приходится выполнять прямолинейные, кольцевые, круговые, спиральные стыковые швы. Стыковые швы тонкостенных конструкций, как правило, выполняются в среде защитных газов. В качестве материала оболочек наибольшее применение получили низкоуглеродистые и низколегированные стали низкой и средней прочности, а также высокопрочные стали, титановые и алюминиевые сплавы и т. п. Сварные оболочковые конструкции средней толщины (до 40 мм) из низколегированных и низкоуглеродистых сталей изготовляются преимущественно с помощью автоматической сварки под флюсом. Конструкции, работающие в агрессивных средах, выполняют из хромоникелевых и хромистых сталей и сплавов с помощью автоматической сварки под слоем флюса. Сварку продольных и кольцевых швов выполняют, как правило, с двух сторон. ?

Соединение элементов простых оболочковых конструкций обычно осуществляется посредством загибания кромок панелей вниз и стягивания их изнутри болтами вместе с герметизирующей прокладкой. Существует много видов герметиков, но наиболее популярен полисульфидный каучук. ?

Обеспечение качества оболочковых конструкций нефтеперерабатывающих производств осуществляется в соответствии с основными принципами системы качества.