Методы контроля качества сварного шва при автоматической сварке

Контроль качества сварки и сварных соединений

Содержание:

Качество сварки и сварных соединений – это основной показатель, которому должно соответствовать изделие для удовлетворения запросов заказчика.

Стоит отметить, что в общем качество сварки и сварных соединений зависит от различных факторов, в том числе и от, собственно, технологического процесса. Общее качество сварки определяется по уровням дефектов при сваривании металлоизделий.

Основные показатели, влияющие на общее качество сварки, представлены на рисунке 1.

Подробнее остановимся на основных технологических факторах, влияющих на качество сваривания:

• режим сварочного процесса – это и сила тока, и напряжение;
• материалы необходимые для сваривания: электроды, флюсы, защитные газы;
• материал свариваемого изделия;
• профессионализм сварщика – это и разряд, и опыт работы;
• условия, в которых производится сваривание.

Способы контроля качества сварки и сварочных соединений.

Контроль качества сварки и сварных соединений состоит из нескольких обязательных этапов, которые позволяют определить дефекты. В ходе контроля осуществляется проверка таких показателей:

• приемлемого внешнего вида (при внешнем осмотре);
• плотности сварного шва;
• физико-химических свойств сварного шва.

Кроме того, контроль качества сварных соединений может быть:

• предварительным – это первичный контроль сварного соединения для определения качества сварки. Такой контроль предупреждает образование дефектов, он заключается в контроле электродов, флюсов, соблюдения режимов работы и т.д.;
• окончательный – это контроль, который оценивает результаты технологического процесса, его суть заключается в определении качества швов и выявлении дефектов.

Остановимся на каждом методе контроля детальнее.

Предварительный контроль качества сварки и сварных соединений включает в себя следующие этапы:

1. Контроль подготовки к сварочным работам. На этом этапе проверяется качество используемых в процессе работ сварочных материалов, кромок деталей металлоизделия, подготовленных под сварку, оборудования и оснастки, кроме того контрольную проверку проходит сам свариваемый материал и, конечно, необходимо удостовериться в готовности сварщиков к работе.
2. Контроль непосредственно над самими сварочными работами. Этот этап заключается в контроле режимов сваривания, проверке соблюдения технологического процесса сваривания, проверке порядка наложения кромок деталей, зачистки кратеров, швов.

Окончательный контроль качества сварки, сварных соединений направлен на определение образовавшихся дефектов и состоит из множества видов проверки:

• Визуальный осмотр сварного шва. При внешнем осмотре определяется наружный брак: наличие незаваренных мест, наплывов, подрезов, трещин, а также наличие смещения сваренных деталей, которое могло произойти в процессе сваривания. Обычно, после сварки деталь зачищают от окалин, брызг и шлака. Осмотр сварного соединения производится представителем отдела технического контроля с применением лупы с пяти и даже десятикратным увеличением.
• Испытание сварных соединений на проницаемость – это проверка, которой подвергают емкости, которые работают под давлением газовой или жидкой среды. Такая проверка проводится испытанием, но только после визуального осмотра и устранения выявленных дефектов.

Испытания сварочных швов в аппаратах, которые предназначены для работы под давлением:

• Давление жидкостей (гидравлическое).

1 способ. Емкость полностью или частично заполняется водой на 2-24 часа. Сварной шов считается качественным, если в течение вышеуказанного времени не дал течи и остался с внешней стороны в сухом виде.

2 способ. Емкость, трубопровод или другого вида конструкция наполняется водой и на пять минут создается внутри сосуда избыточное давление – в два раза выше рабочего. После истечения вышеуказанного времени давление снижается до рабочего, а околошовную зону снаружи обстукивают молотком. Влажные и запотевшие участки – дефекты, отмечаются мелом. Затем вода сливается из сосуда, а некачественные швы завариваются! После устранения дефектов швы опять подвергаются испытаниям.

В емкость или трубопровод подается газ, воздух или азот под давлением, указанным в технических условиях. Затем сосуд герметизируется, а все сварочные швы промазываются мыльным раствором, состоящим из 100 г мыла и одного литра воды. Если сварной шов с дефектом, то на нем будут появляться мыльные пузыри.

Перед началом этого испытания предварительно необходимо очистить сварные швы от окалин, масла и ржавчины. Затем на шов накладывают тканевый кусочек или бумажную ленту, которые перед этим пропитывают специальным индикатором. Далее в проверяемую емкость нагнетают воздух с одним процентом аммиака. Если сварное соединение с дефектом – имеются микроскопические трещины или не проваренные места, то бумага или ткань с индикатором окрашиваются в серебристо-черный цвет в течение пяти минут под воздействием аммиака.

Контроль качества сварки и сварных соединений с помощью рентгеновского просвечивания представлен на рисунке 2.

Такой вид контроля позволяет выявлять трещины и непровары в изделиях из стали с глубиной залегания до 100 миллиметров, в медных деталях – до 25 мм и в алюминиевых – до 300 мм.

Преимущества рентгеновского метода.

• высокая чувствительность;
• позволяет точно определить размер дефекта;
• точное нахождение места расположения дефекта.

Недостатки рентгеновского метода:

• рентгеновское излучение вредно для человека;
• довольно большие габариты аппарата;
• трудоемкость работ;
• сложность управления аппаратурой.

Рассмотрим, также значение магнитного поля в контроле качества сварки и сварных соединений.

Магнитный порошок – это порошок, получаемый путем шлифовки металла. Порошок наносят в сухом или масляном виде на сварочное соединение, после чего изделие намагничивается. В местах дефекта магнитный порошок скапливается за счет искажения магнитного поля (рис. 3).

Все виды вышеперечисленных методов контроля высокоэффективны и позволяют выявить даже микроскопические дефекты сварных соединений.

Методы контроля качества сварных швов и соединений

Контроль качества сварных швов является очень важной процедурой, которую проводят по окончании работ по свариванию. Это требуется для того, чтобы полученный результат соответствовал заявленным требованиям, и изделия могли безопасно функционировать без большого риска поломки, которая приведет к аварии. Качество сварных швов по ГОСТ проверяется строго определенными методами. Они устанавливаются заранее, в зависимости от материала, изделия, возложенной ответственности и прочих особенностей.

Определение зоны контроля сварных соединений

Организация контроля сварных швов

Проверка сварных швов является одним из обязательных условий производства. Для ее организации используют несколько методов. Первый – контроль проведения сварочных работ. Наиболее ответственный способ, обеспечивающий уменьшение вероятности появления дефектов шва. Такой контроль сварных соединений особенно эффективно проявляет себя при автоматической сварке.

Также проводится контроль по образцам проб. Для этого предварительно производятся образцы из идентичных материалов, с такими же параметрами размеров. Над взятым образцом проводят все нужные опыты, чтобы понять, соответствует ли он требованиям к сварным швам в данном случае. По нему оценивают все остальные изделия, которые должны обладать такими же характеристиками.

Следующий метод проходит с применением обобщающих параметров, которые обладают прямой взаимосвязью с качеством сварки. Один из примеров – дилатометрический эффект, который возникает при контактной сварке. Данный метод сложен, так как не всегда удается найти обобщающий параметр для конкретного вида соединений.

Контроль параметров сварки. Проверка сварных соединений показывает лучшие результаты, если изначально контролировать режим работы сварочных аппаратов для определенных типов соединения.

Важно! Правильно определенные характеристики обеспечивают более точный и эффективный результат.

Проверка сварных швов на дефекты

Дефекты сварных соединений и причины их возникновения

Контроль качества сварных соединений и швов нацелен на выявление дефектов. Чтобы проверить их надежность, требуется знать, что именно искать. Все они приводят к уменьшению прочности соединения и более быстрому его разрушению. Современные методы контроля сварных соединений позволяют выявить такие дефекты:

• Наплывы. Они появляются во время натекания расплавленного металла на уже остывший или тот, который не расплавлялся. Протяженность наплыва может меняться, в зависимости от характера проведения работ. Основными причинами появления наплывов становятся слишком высокая электрическая дуга, завышенные параметры тока во время сварки.
• Подрезы. Испытания сварных швов показывают, что при их наличии прочность становится менее крепкой. Подрез появляется при образовании продолговатого углубления рядом со швом. Он находится вдоль края соединения, создавая наиболее слабое место во всей конструкции. Причиной появления такого дефекта становится смещение электрода во время работы, из-за чего металл расплавляется не только в месте образования шва, но и рядом.
• Прожог. Даже визуальный контроль качества сварных соединений и швов позволяет определить прожог, так как он очень хорошо заметен даже без специального оборудования. Он появляется тогда, когда в основном металле образуется отверстие от воздействия электрической дуги. Так происходит при слишком высокой силе тока, задержке сварочной ванны долго на одном месте и при отрыве. Чаще всего прожог появляется также при соединении тонких листов.
• Непровар. Технологические методы контроля сварных швов более актуальны для непроваров, так как их сложнее заметить глазами, особенно без удаления шлака. Данный дефект заключается в отсутствии сварочного соединения в некоторых местах. Кромки остаются несваренными друг с другом, что снижает крепость соединения и делает его негерметичным. Требования к качеству сварных соединений не допускают подобных проблемных мест, которые появляются из-за малой силы тока и слишком высокой скорости создания шва.
• Трещины. Нормы оценки качества сварных соединений не допускают наличия трещин, так как это один из опаснейших дефектов. Они образуются в околошовной области и в самом соединении. Могут иметь любое направление расположения и размер. Сложнее всего заметить микротрещины, которые представляют высокий уровень опасности. Они появляются из-за высокого содержания фосфора, серы или углерода в сварочной ванне.
• Включения шлака. Контроль сварных швов по ГОСТ 23118 99 позволяет определять наличие шлаковых вкраплений внутри шва. Этот дефект проявляется при плохой зачистке кромок. Наличие оксидов в основном металле и расходном материале создает проблемные ситуации во время сварки, которые и приводят к появлению шлака внутри шва. Также он появляется из-за плохой очистки при многослойной сварке.
• Газовые поры. Только сложный метод контроля качества сварных соединений металлоконструкций позволит определить наличие газовых пор внутри шва. Во время кристаллизации металла некоторые газы могут не выйти из него, оставив внутри поры. Это получается из-за высокого уровня углерода в металле. Неправильно подобранные защитные газы и быстрое создание шва также могут повлиять на их образование.

Виды неразрушающего контроля сварных соединений

Методы неразрушающего контроля сварных швов

Требования к сварным швам металлоконструкций в современных условиях использования нельзя полностью проверить без соответствующих видов контроля сварных соединений. Если возможно провести все без разрушения шва, то этот способ становится приоритетным. Существуют такие методы контроля сварных соединений по ГОСТ:

1. Контроль керосином. В его основу положен физический эффект капиллярности. При наличии трещин и прочих сквозных дефектов керосин пройдет сквозь них и появится с другой стороны. Его проницаемость в данном случае намного выше, чем у других жидкостей. Этот физический метод контроля сварных соединений позволяет проверить качество по относительно низкой себестоимости.
2. Контроль аммиаком. Оценка качества сварных соединений таким образом базируется на смене цвета определенных индикаторов при воздействии на них щелочной среды. Реагентом выступает аммиак, который может проникать в тонкие щели и трещины. С одной стороны располагают бумагу с индикатором, а с другой – аммиак. Если у шва есть дефекты, то они проявятся при прохождении аммиака сквозь них.
3. Контроль с помощью воздушного давления. Такой проверке подвергают те изделия, которые будут работать под давлением. Данный тип обязательно входит в технологическую карту контроля качества сварных соединений металлоконструкций. Давление подается на 10-20% выше основного рабочего. Если труба выдерживает, то она может нормально работать в дальнейшем.

Разрушающий контроль качества сварных соединений

Методы контроля с разрушением сварных соединений

Проводя пооперационный контроль качества сварных соединений, не всегда есть возможность проверить качество без разрушения последних. Данная методика используется при проверке крупных партий, когда испытаниям подвергается только один образец. Здесь стоит учесть, что такое контролируемая зона контрольного сварного соединения, так как проверка может производиться для всего металла изделия, конкретных участков шва или только зоны термического воздействия. Разрушающие методы контроля предполагают такие виды испытаний:

• на статическое растяжение – проводится до разрыва соединения, чтобы выяснить при какой силе это возможно, и насколько максимально растягивается металл;
• статистический изгиб – определяется, при каких усилиях изгиб не позволит нормально функционировать изделию;
• ударный изгиб – определяет критическую силу механического удара, повреждающую шов;
• измерение твердости – определяет крепость шва;
• стойкость против старения – искусственно создаются негативные условия, при которых все этапы старения шва проявляются значительно быстрее

Заключение

Сварка и контроль качества сварных соединений металлоконструкций неразрывны. Процедуры помогают обеспечить безопасность, так как образцы, которые не прошли контроль, не допускаются в работу. Выстроена целая система, позволяющая обеспечить высокий контроль качества для каждой сферы эксплуатации.

Способы контроля качества сварочных швов

Качество сварочных работ и сварных соединений сильно влияет на прочность конструкций или герметичность резервуаров. Несоответствие сварных швов заданным характеристикам приводит к разрушениям конструкций с катастрофическими последствиями, то же относится и к системам, работающим с сосудами и трубопроводами под давлением.

Поэтому после сварочных работ в обязательном порядке готовое изделие подвергают испытаниям и контролю на предмет обнаружения дефектов в сварных соединениях.

Все процедуры по контролю над качеством сварки определены ГОСТом или руководящими документами. В них также указаны допустимые нормы погрешностей. После испытаний составляется акт и протоколы с результатами измерений.

Методы проверки

Контроль качества сварочных работ, выполняемых на производстве, может быть разрушающим и неразрушающим. Первые методы используются выборочно. Проверяется одно или несколько изделий из большой партии, или часть металлоизделия в строительной конструкции.

Оно проверяется по различным параметрам определенным протоколом испытаний. Но главным образом используют специальные приборы или материалы позволяющие проверить качество сварных соединений без разрушения конструкции.

Основными способами неразрушающего контроля качества сварки являются:

• визуальный;
• капиллярный;
• проверка на проницаемость;
• радиационный;
• магнитный;
• ультразвуковой.

Имеются и другие способы и виды контроля качества сварки, но в силу своей специфики они не получили распространения.

Проверка состояния сварных швов не является одноразовым актом, это результирующий этап, который показывает, как работает система контроля качества на предприятии.

Для минимизации дефектов сварочных соединений проводят операционный контроль работ. Регулярно проводится аттестация, на которой комиссия сначала дает разрешение на сварку контрольного соединения. При прохождении сварщиками этого испытания проверяются теоретические знания.

Перед началом работ проверяется квалификация сварщика, у него должно быть удостоверение на право сваривания определенных марок стали и наряд-допуск.

Инженер по сварке и контролер из службы техконтроля проверяют качество сборки, состояние кромок, работоспособность сварочного аппарата, контролирует температуру прогрева, если это предусмотрено нормативно-технической документацией.

Контроль качества сварочных материалов осуществляется с момента поступления их на предприятие и до использования на сварочном посту. Проверку электродов проводят на каждом этапе хранения и использования, при необходимости их прокаливают.

При непосредственном проведении работ проверяют, какой режим сварки используется, дуговая сварка, аргонодуговая или иной вид сварки. Проверяют порядок наложения швов, размеры слоев и всего соединения.

Если предусмотрены специальные требования в проектно-технической документации, то и их реализацию. По завершении сваривания проверяет наличие клейма сварщика.

Внешний осмотр

Любая проверка качества сварных швов начинается с визуального контроля. Осматривают все 100% сварных соединений. Сначала проверяют геометрию и форму шва.

Визуальный контроль помогает выявить, наряду с наружными, часть внутренних изъянов. Так, переменные по габаритам валики швов и неравномерные складки говорят о непроварах, возникающих из-за частых обрывов электрической дуги.

Перед началом работ со сварных соединений удаляют шлак, окалины прочие загрязнения. Чтобы лучше можно было разглядеть дефекты, швы обрабатывают азотной кислотой (10%). Это придает матовость шву, что облегчает поиск изъянов.

После обработки кислотой необходимо провести тщательную протирку спиртом, чтобы предупредить ее вредное влияние на сплав.

Для повышения качества проверки можно использовать фонарь и оптическую лупу. Для контроля геометрических размеров применяют штангенциркуль и шаблоны.

Капиллярный метод

Данный способ контроля использует свойство жидкости затягиваться в очень мелкие капилляры. Быстрота и степень проникновения внутрь материала связана с его смачиваемостью и диаметром капилляров. Больше смачивается сплав и тоньше капилляры – глубже проникает жидкость.

Капиллярный способ контроля качества шва позволяет иметь дело не только с любыми металлами, но и с керамикой, пластмассой, стеклом. Главное его применение связано с проявлением внешних изъянов, которые невозможно или трудно определить невооруженным глазом. Иногда, используя, к примеру, керосин, можно обнаружить сквозные дефекты.

Способ очень простой, работает со времен возникновения потребности проверки сварочных швов. Для него даже разработан специальный ГОСТ 18442-80.

В капиллярном методе контроля качества сварки используют пенетранты – вещества, имеющие малое поверхностное натяжение и сильный цветовой контраст.

Проникая в дефектные зоны, и подсвечивая их, пенетранты визуализируют изъяны сварки. Их делают на основе воды, керосина, масла для трансформаторов и прочих жидкостей.

Наиболее чувствительные пенетранты могут проявить дефекты диаметром от 0,1 микрона. Капиллярный метод контроля качества сварки эффективен для дефектов до 0,5 мм шириной. При больших диаметрах пор или трещин он не работает.

Способ с применением пенетрантов заключается в очистке поверхности, нанесении контрольной жидкости и проявлении изъянов. Очень эффективен способ контроля сварных соединений с помощью керосина.

Несмотря на разнообразные приборы контроля качества сварки, проверку этим способом используют до сих пор. С одной стороны наносят раствор мела, дают время для сушки, затем с другой стороны шов смазывается керосином. Бракованные места проявляются через несколько часов в виде темных пятен.

Проверка сварных соединений на проницаемость

В случае применения сварки при изготовлении резервуаров требуется контроль герметичности. Для этого проводят испытания на непроницаемость соединений. Контроль качества проходит с применением газов или жидкостей.

Суть метода основана на создании большой разности давлений между наружной и внутренней областью емкости. При сквозных изъянах в сварном шве жидкость или газ будут переходить из области с высоким давлением в область с низким давлением.

В зависимости от используемого вещества и способа получения избыточного давления контроль проницаемости осуществляют пневматикой, гидравликой или вакуумом.

Пневматический способ

Применение пневматического метода контроля качества сварки требует накачивания резервуара каким-либо газом до давления величиной 150% от номинального.

Затем все сварные швы смачивают мыльным раствором. В местах протечек образуются пузыри, что очень легко фиксируется. Для лучшей визуализации используют добавку аммиака, а шов покрывают бинтом пропитанным фенолфталеином. В местах протечек появляются красные пятна.

Если нет возможности накачать емкость, то применяют способ обдува. С одной стороны шов обдувается под давлением не менее 2,5 атмосферы, а с другой обмазывается мыльным раствором. Если имеется брак, то он выявится в виде пузырьков.

Гидравлический способ

При гидравлическом способе контроля качества сварки проверяемая емкость заполняется водой или маслом. В сосуде создается избыточное давление, которое больше номинального в полтора раза.

Затем в течение определенного времени, обычно 10 минут, область вокруг шва обстукивают молотком со скругленным бойком. При наличии сквозного дефекта сварки появится течь. Если избыточное давление невелико, то время выдержки резервуара увеличивают до нескольких часов.

Магнитная дефектоскопия

Явление электромагнетизма используется в магнитных дефектоскопах. Каждый металл имеет свою степень магнитной проницаемости. При прохождении через неоднородные материалы магнитное поле искажается, что говорит о присутствии инородных элементов внутри структуры.

Это используется в приборе для контроля качества сварки. Он вырабатывает магнитное поле, которое проникает в исследуемый металл. Неоднородности фиксируются магнитопорошковым или магнитографическим способом.

В первом случае на сварной шов наносят ферромагнитный порошок. Там где происходит скопление порошка вероятнее всего непровар, нет сплошного соединения. Порошок может быть сухим или влажным, с примесью масла или керосина.

Во втором случае на шов накладывают ферромагнитную ленту. Затем ее пропускают через прибор, где анализируют все аномалии, зафиксированные на ленте, и определяют дефекты сварки.

Магнитный способ контроля качества имеет ограничения, связанные с самим принципом действия прибора. Он может проверять качество сварных соединений только ферромагнетиков, к которым некоторые стали и цветные металлы не относятся. Соответственно, такой способ контроля имеет ограниченное применение.

Ультразвуковая дефектоскопия

Для контроля качества сварки применяют ультразвук. Принцип действия аппарата основан на отражении ультразвуковых волн от границы соединения двух сред с различными акустическими свойствами.

Датчик и излучатель плотно прикладывают к исследуемому материалу, после чего устройством вырабатывается ультразвук. Он проходит через весь металл и отражается от задней стенки, возвращаясь, попадает на приемный сенсор, который в свою очередь преобразует ультразвук в электрические колебания. Прибор представляет полученный сигнал в виде изображения отраженных волн.

Если внутри металла присутствуют какие-нибудь изъяны, датчик зафиксирует искажение отраженной волны. Опытным путем установлено, что различные дефекты сварки по-разному себя проявляют на ультразвуковом дефектоскопе. Это позволило провести их классификацию. При соответствующем обучении специалист может точно определить вид брака в шве.

Способ контроля качества сварных соединений ультразвуком широко распространился благодаря простоте и удобству применения, относительно недорогому оборудованию, безопасности использования по сравнению с радиационным методом.

Минусом способа является трудность расшифровки графического изображения. Контроль качества соединения может сделать только сертифицированный специалист. Его проблематично использовать для контроля крупнозернистых металлов типа чугуна.

Радиационный метод

Для контроля качества сварки используют радиационные методы и устройства. По сути это тот же рентгеновский аппарат, используемый в больницах, или прибор с источником гамма-излучения, приспособленный для облучения сварных соединений.

Он основан на способности этих лучей, проникать через любые материалы. Интенсивность проникновения зависит от вида исследуемых веществ. Благодаря этому на фотопленке, стоящей за исследуемым изделием, остается изображение, характеризующее состояние данного материала.

Все дефекты сварки в виде неоднородностей выявляются на пленке. Метод контроля очень точный, но дорогой и вредный для людей, требует подготовительных работ по установке защитных экранов и проведения организационных мероприятий.

Оформление документации

Для проведения сварки предусматривается специальный журнал. Он является первичным документом, оформляющийся по требованиям СНиП. Проектная организация составляет перечень узлов в металлоконструкции, которые необходимо сдать заказчику с оформлением сварочных документов.

Помимо журнала, сварочные работы сопровождает схема стыков, прилагаются сертификаты на расходные материалы (электроды, флюс или присадочную проволоку) и акты по контролю качества снаружи изделия.

Если проводились ультразвуковые или иные специфические исследования, то результаты и заключения по ним также прилагаются.

Все это позволяет говорить о качестве сварке и надежности конструкции. Только после сдачи в полном объеме сварочной документации производятся дальнейшие процедуры по принятию металлоконструкций объекта.

Источники:

http://stalevarim.ru/pub/kachestvo-svarki-i-svarnyh-soedineniy/
http://svarkaipayka.ru/oborudovanie/raznoe/metodyi-kontrolya-kachestva-svarnyih-shvov-i-soedineniy.html
http://svaring.com/welding/teorija/kontrol-kachestva-svarki