Контроль качества сварных соединений

Безопасная эксплуатация любых сооружений и конструкций невозможна без качественного выполнения сварочных работ при стыковке отдельных элементов. От надёжности и прочности сварных швов зависит долговечность применения материалов в разных сферах. Однако простого визуального осмотра зачастую недостаточно для выявления скрытых дефектов. Основная сложность процесса заключается в необходимости наличия специального оборудования, квалифицированного персонала и времени для последовательного проведения каждого исследования. Правильно выбранный метод обеспечивает надежность сварных стыков.

Основные типы контроля

Способы проведения контроля сварных швов делятся на два типа: неразрушающие и разрушающие, которые используются для проверки тестовых образцов перед основной сваркой или при массовом производстве изделий, чтобы оценить качество партии.

Большая часть дефектов скрыта в глубине металла или имеет такие малые размеры, что обнаружить их можно только с использованием специальных приборов и материалов.

Определение причины образования дефектов как в самом шве, так и в околошовной зоне выполняют сертифицированные специалисты. Механические испытания проводят либо на специально сваренных контрольных образцах, либо на образцах, вырезанных из сварного соединения. На основании результатов контроля определяется техническое состояния объекта. Контроль сварочных работ проводится с использованием специализированного оборудования, которое периодически проверяют на точность и соответствие нормативам.

все приборы и настроечные образцы на объектах должны быть аттестованы и сертифицированы

Дефекты при сварке металлических изделий, описаны в стандарте ГОСТ Р ИСО 6520-1-2012. В соответствии с его требованиями выделяют основные дефекты:

• Трещины и микротрещины.
• Полости, поры и усадочные дефекты.
• Твердые включения.
• Прожоги, сквозные отверстия, несплавления, непровары, подрезы.
• Отклонения в форме.

Распространенные методы

Контроль качества сварных соединений — важный этап в производстве и строительстве, требующий применения разнообразных методов исследования в зависимости от материала, характера работы и требований безопасности. В число наиболее распространенных методов входят радиационное и ультразвуковое тестирование, а также магнитографический контроль.

Радиационный метод используют для получения точной информации о внутренней структуре металла. В ходе такого обследования на сварное соединение направляют лучи (обычно рентгеновские или гамма-лучи), благодаря чему на специальном приемнике изображения (например, фотопленке или цифровом детекторе) проявляются темные пятна в местах наличия дефектов, таких как поры или трещины.

Магнитографический метод применяют для контроля ферромагнитных сталей. Он предполагает создание магнитного поля вокруг исследуемого участка. На поверхность наносят суспензию из мелких ферромагнитных частиц (часто в мыльном растворе), которые накапливаются в местах магнитных аномалий, указывая на дефекты, такие как наплывы или свищи.

Ультразвуковой метод используют для того, чтобы обнаружить внутренние дефекты. При этом методе в материал подают ультразвуковые колебания. Различия в отражении волн от нормальных и дефективных участков позволяют определять наличие трещин или иных недостатков.

Также применяют визуальный метод, при котором осматривают внешний вид соединения. Используют шаблоны и штангенциркуль для проверки геометрии, а специальные химические вещества, например, раствор аммиака, могут применяться для выявления мелких трещин на поверхности черных и цветных металлов.

Тщательное соблюдение всех технологических операций и методов контроля качества сварных соединений необходимо для обеспечения безопасности и надежности конструкций, имеющих ответственное значение, например, в строительстве или изготовлении технически сложных систем.

Методы глубокого анализа

Для более глубокого анализа применяются следующие методы:

1. Визуально измерительный контроль — первоначальная оценка качества шва. Место разрушения осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы 10-кратного увеличения. До начала визуального осмотра детали подвергают предварительной очистки от шлака и загрязнений. Для этого изделие обрабатывают раствором азотной кислотой, а затем спиртом
2. Рентгенографический контроль материал сварных швов просвечивается рентгеновскими или гамма-лучами, которые проходят сквозь толщу металла и достигают регистрирующего элемента, расположенного позади изделия. Для фиксации результатов рентгенографического исследования используются различные методы. В современных производственных условиях применяются следующие технологии

• фотоплёнка;
• флуоресцирующие экраны;
• электростатические металлические пластины;
• метод ионизации.

Наиболее широко применяется первый способ, который позволяет выявить даже мельчайшие дефекты в металле сварных швов.

Работы выполняются в несколько этапов:

• Рентген- аппарат устанавливают с внутренней стороны металлоконструкции.
• Излучение проходит через металл: при наличии пустот рентгеновские лучи изменяют направление, отклоняясь от заданной траектории.
• На противоположной стороне шва результаты фиксируются на специальную плёнку. Фотоплёнка размещается на обратной стороне исследуемого образца, на который направляется рентгеновское излучение
• Характеристики сварного соединения определяются по плотности зафиксированного излучения. После проявки плёнки дефекты можно обнаруживать в виде затемнений.

1. Оптический метод. Принцип действия основан на анализе взаимодействия оптического излучения с объектом контроля. Приемники оптического излучения (прошедшего, отраженного, рассеянного, собственного и пр.) регистрируют оптическое излучение, а преобразователи изображения преобразуют его в видимую картину и фиксируют необходимые для контроля параметры
2. Капиллярный контроль эффективен для выявления поверхностных трещин и пор с применением дефектоскопа.
3. Гидравлическое испытание является методом контроля прочности и герметичности вертикальных резервуаров, газгольдеров и других сосудов. Для проведения испытания сосуд наполняется водой до полной высоты и выдерживается в таком состоянии не менее двух часов. Сварные швы открытых сосудов дополнительно проверяют поливом из шланга с брандспойтом (диаметр выходного отверстия 15–30 мм) под давлением не менее 0,1 МПа. Если требуется создать дополнительное гидростатическое давление, это достигается при помощи напорной трубки диаметром не менее 30 мм, а также гидравлическим насосом, когда сосуд полностью заполнен водой и закрыт. Величина давления определяется в соответствии с техническими условиями и правилами Госгортехнадзора. Дефекты выявляются по появлению капель, струек воды или влажных следов на поверхности
4. Магнитный контроль проводят, учитывая свойства материалов, поскольку данный метод не подходит для немагнитных сплавов медных, цинковых, латунных и прочих. в основе лежит способность металла намагничиваться под воздействием магнитного поля. способ заключается в намагничивании поверхности детали, после чего область полей появляется сверху магнитной ленты, которую прижимают на поверхность швов. Методика магнитной регистрации включает нанесение на поверхность шва специального порошка, который способствует проводимости магнитного излучения
5. Радиографический контроль — позволяет оценить внутренние дефекты при помощи рентгеновского или гамма-излучения.
6. Ультразвуковой контроль основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл на большую глубину и отражаться от находящихся в нем дефектных участков. для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением - в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению. К допустимым способам УЗК относятся эхо-зеркальный, зеркально-теневой и дельта-метод, которые позволяют с высокой точностью выявить наружные и скрытые дефекты, без приостановки эксплуатации самого объекта надзора. Ультразвуковая дефектоскопия дает возможность контролировать качество сварных соединений металлических заготовок, толщина которых составляет от 3 мм до 3 м.
7. Пневматический метод проводят при проверке герметичности сварных швов.
8. Вакуумному контролю подвергают сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой, доступ к которым возможен только с одной стороны.
9. Испытание на твердость согласно ГОСТ 22761-77 используется для проверки качества термической обработки сварных соединений трубопроводов высокого давления, изготовленных из углеродистых (С) и хромо-марганцовистых (ХГ) сталей, а также трубопроводов из легированных сталей перлитного и мартенситно-ферритного классов (ХМ и ХФ). Твердость измеряется на двух участках по окружности стыка для труб с наружным диаметром более 100 мм и на одном участке для труб с диаметром до 100 мм. В случае автоматической сварки и общей термической обработки допускается измерение на одном участке, независимо от наружного диаметра. Замеры проводят в пяти точках: по центру шва, на расстоянии 1-2 мм от границы сплавления и на расстоянии 10-20 мм от границы сплавления на основном металле. Испытанию подвергаются 15 % общего количества стыков, выполненных каждым сварщиком в течение месяца (не менее двух однотипных стыков на сталях групп С и ХГ), а также 100 % стыков на сталях групп ХМ и ХФ

Результаты испытаний считаются неудовлетворительными, если:

• снижение твердости наплавленного металла превышает 25 НВ по сравнению с минимальной твердостью основного металла;
• твердость наплавленного металла превышает 20 НВ по сравнению с максимальной твердостью основного металла;
• разница в твердости основного металла и зоны термического влияния превышает 50 НВ для сталей групп С и ХГ, или 75 НВ для сталей групп ХМ и ХФ.

Этапы контроля

Контроль качества сварных швов — важнейший этап производства металлических конструкций. Главная задача контроля состоит именно в коррекции технологии производства и предупреждении дефектов и брака путем оперативного обеспечения обратной связи. Проверка сварных швов позволяет определить их надёжность и обеспечить долгий срок эксплуатации изделий.

• Первый шаг контроля — это выбор оптимальных параметров сварки. В большинстве производственных процессов существуют нормы и стандарты, которые регулируют необходимые показатели, такие как температура, толщина шва, угол наклона и ширина. Также важно учитывать влияние газовой среды, интенсивность потока и работу сварочной дуги
• На втором этапе проводится подготовка металлических элементов к сварке. Они очищаются от масляных пятен и других загрязнений, проверяются на наличие пузырьков и изменение магнитных характеристик. Для обеспечения оптимального процесса сварки некоторые элементы покрываются специальными составами
• Третий этап — непосредственно сам процесс сварки. Во время выполнения сварочных работ контролёр следит за качеством шва, его положением и однородностью. Для этого используются различные инструменты и методы диагностики, такие как магнитопорошковая проверка и анализ отраженного света. После завершения сварочных работ готовые изделия подвергают длительному хранению и проверке их эксплуатационных характеристик для оценки надёжности швов, выполненных сварщиком

Что используют для исследований?

Для контроля качества сварных соединений используется широкий спектр приборов и техники, позволяющий эффективно выявлять различные дефекты. В зависимости от цели и особенностей сварных соединений, выбор инструментов может значительно различаться.

1. Рентгеновские и гамма-аппараты – применяются для просвечивания сварных швов с целью выявления внутренних дефектов, таких как поры, трещины, непровары и включения. Эти устройства работают на основе излучения лучами, которые проходят сквозь металл и регистрируются на пленке или цифровых детекторах, позволяя увидеть структуру сварного сое

2. Ультразвуковые дефектоскопы – используются для обнаружения дефектов в металле с помощью ультразвуковых волн. Эти приборы способны обнаружить дефекты на глубине металла и позволяют оценить глубину и размеры обнаруженных несоответствий. Ультразвуковые дефектоскопы часто применяются для контроля сварных швов на трубопроводах и в строительных конструкциях
3. Магнитные дефектоскопы – подразделяются на устройства с постоянными магнитами и с электромагнитами. Они создают магнитное поле вокруг исследуемого участка и используют магнитную порошковую индикацию для выявления наружных и внутренних дефектов в ферромагнитных материалах
4. Капиллярные методы (пенетрантная диагностика) – применяются для обнаружения поверхностных трещин и других дефектов. Специальное вещество (пенетрант) наносится на поверхность, проникает в трещины и после нанесения разработчика делает видимыми даже мельчайшие дефекты
5. Визуальные методы – включают использование различных оптических приборов, таких как лупы, микроскопы и эндоскопы, которые позволяют детально рассмотреть внешний вид и качество сварного шва
6. Металлографические анализы – проводятся для оценки микроструктуры металла в зоне сварного соединения. Образцы металла изучаются под микроскопами, что позволяет определить наличие структурных изменений, вызванных сваркой

Все эти методы и техники требуют высокой квалификации операторов и точного соблюдения технологических режимов, поскольку качество и безопасность конструкций во многом зависят от надежности сварных соединений.