0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Испытание сварного шва на разрыв

Виды испытаний сварных соединений

Помимо других способов, которые использую на обнаружение дефектов, применяют механический. С помощью его обнаруживаю самые слабые места в области сварочного шва. Помогает выяснить влияние присадочного материала, температурного режима сварки. Весь процесс записывается в виде идеограммы. Если разрыв произошел по шву или по около шовной зоне такой экземпляр не проходит тест. Заключение экспертизы делают после двух повторных испытаниях. Этот метод я описал в общих чертах.

ГОСТ 6996-66 несет механические тесты сварных швов. В его состав входит ниже перечисленные пункты.

  • Проводить на различных участках сварного шва и наплавленного металла испытания статического растяжения.
  • Проводить опыты на стойкость механического старения.
  • Изменение твердости различных участков наплавленного металла и шва.
  • Испытание сварных соединений на статическое растяжение.
  • Испытание сварных соединений на статический изгиб.
  • В испытании сварочного соединения на ударный разрыв.

Если технической документацией не предусмотрено размеры испытуемых элементов то за основу берется регламентированный стандарт для провидения опыта. Заключается в ширине пластин используемого металла.

  • 50 мм с толщиной 4 мм
  • 70 мм по толщине от 4-10 мм
  • 100 мм с толщинами от 10-20 мм
  • 150 мм с толщинами от 20-50 мм
  • 200 мм по толщине от 50-100 мм
  • 250 мм с толщиной от 100мм

Ширина контрольного соединения из круглого и фасонного проката должна быть не меньше двух диаметров или ширины элементов. Допустим надо изготовить два экземпляра пластин сваренных по 50 мм в ширину с толщиной 4 мм. По высоте возьмем к примеру 10 сантиметров. В ширину желательно брать с запасом. В нашем случае 16 сантиметров. Две пластины свариваем по ширине. Дальше отступаем в начале шва примерно 2 сантиметра не меньше и отрезаем по высоте. Отступаем 53мм и отрезаем пластину по высоте. Следующую 53 мм следом а оставшиеся хвост 3см не понадобится. Рекомендуется отступ, который нужно учитывать при изготовлении образцов, 2 см в начале и 3 см в конце шва. Во время сварки вначале и в конце происходит деформация металла от линейных расширений. По высоте получается 20 см и после механической обработки 5 см и ставят клеймо образца выше шва.

После разрыва двух заготовок делают заключение среднего значения. Составляют протокол механических испытаний сварных соединений. Содержимое протокола в себя включает.

Зависимости от температуры эксплуатации изделий применяют соответствующий ГОСТ по испытаниям. К примеру на статическое растяжения при температуре 20 градусов применяют ГОСТ 1497-84.. Проведения испытаний при повышенных температурах используют ГОСТ 9651-84. При пониженных температурах применят ГОСТ 11150-84.

Есть так же испытание на ударный изгиб при комнатной минусовой и высокой температурой. На заготовке делают канавки V образа и U образа. Укладывают на стенд вырезам вниз. Ударяют маятникам по заготовке. Снимают все показатели. Проводится он по ГОСТу 9454-78. Все вышеперечисленные не включают в себя испытания различной проволоки и труб.

На изменение твердости различных участков шва и около шовной зоны делится на несколько ГОСТов.

  • Метод измерения по Виккерсу от 9,807(Н) до 980,7(Н) ГОСТ 2999-84.
  • Способ измерения по Роквеллу с буквенным значением ГОСТ 9013-59.
  • Стандарт измерения твердости до 650 единиц по Бринеллю ГОСТ 9012-59.

В трубах большого диаметра проводят вырезку со швами и изготавливают заготовки различной ширины в зависимости от толщины стенок. Вырезаю различными способами. Если использовался газовый резак то заготовки должны быть без термической зоны от резки. В термической зоне структура металла меняет свои свойства.

Трубы малых диаметров проверяют по другому. Сваривают трубы с равнозначными стенками в том пространственном положении в котором будет находится этот не поворотный узел. Хвосты от сваренного шва примерно 15 см оставляют. Измеряется толщина стенки, внешний диаметр. Делают штамп изделия. Проводят испытания на двух экземплярах. Учитывают приложенную силу при которой произошел разрыв. Высчитывают площадь сечения стенок трубы и делят на приложенную силу, получают значение приложенной силы на 1мм в квадрате. Как описывалось ранее на изображении, составляют протокол.

С более подробной информацией о проведении всех испытаний обратитесь к ГОСТам описанные выше. Сварщик как последнее звено в производстве имеет непосредственное отношение к сварочному шву. Все эти механические испытания желательно знать. Что бы вас не дурили высшее руководство и не занижало зарплату. Или при повышении квалификации спекулируют необоснованными фактами. Будет протокол заключения на руках тогда все будет понятно.

Испытания сварных соединений

Содержание:

  1. Главные этапы
  2. Способы проверки
  3. Особенности визуального осмотра
  4. Особенности капиллярного метода
  5. Интересное видео

Сварочная технология должна проводиться правильно и с соблюдением необходимых требований, от которых зависит качество и прочность сварного шва. Независимо от типа свариваемого материала (металл, пластик, стекло) обязательно должны выполняться испытания сварных соединений. Если будет отмечаться хоть небольшое несоответствие заданным характеристикам швов, то это может привести к быстрому разрушению конструкций и изделий. По этой причине после работ обязательно должен проводиться контроль качества соединений.

Главные этапы

Испытание на прочность сварных швов требуется для того, чтобы удостовериться в высоком качестве швов. Это в дальнейшем сможет уберечь от разрушения конструкций ответственного значения. Благодаря данным манипуляциям подтверждается пригодность изделия к дальнейшему использованию.

Испытания состоят из основных этапов:

  • сначала проверяется наличие квалификации сварщика;
  • оценивание качественных характеристик сварных швов;
  • проверка последовательности проведения технологии сварки;
  • контролирование качества швов;
  • проведение механических испытаний.

Стоит отметить! Во время начального этапа проверяются навыки и умения специалистов. Перед тем как выполнять работы, сварщик обязательно должен показать специальный паспорт, в котором указан допуск к сварочным работам. После он производит пробное соединение.

Пробные швы должны выполняться из того же материала и при помощи приборов, которые применяются при основных работах. Оценивание результатов производится визуальным осмотром. При необходимости могут быть проведены механические испытания. Если деталь будет качественной, то сварщик будет допущен к выполнению основных работ.

Физические и механические испытания сварных швов должны проводиться последовательно. Все действия должны учитывать:

  • сборка соединений должна быть правильной;
  • соблюдение требуемых показателей сварочной технологии — ток, напряжение;
  • способ формирования швов;
  • очищение от окалин, шлаковых образований. Это должно выполняться предварительно, перед нанесением последующих слоев.

Способы проверки

Металлографические исследования сварных соединений могут быть разрушающего и неразрушающего типа. Первый метод применяется в выборочном порядке. Выполняется проверка одного или нескольких изделий из большой партии или части металлической конструкции.

Проверка производится с учетом необходимых показателей, которые указываются в специальных протоколах испытаний. В обязательном порядке применяются устройства или материалы, которые позволяют проконтролировать качественные характеристики швов с сохранением целостности изделия.

Выделяют следующие физические методы контроля сварных соединений:

  1. Визуальный.
  2. Капиллярный.
  3. Радиационный.
  4. Магнитный.
  5. Ультразвуковой.

Чтобы минимизировать дефекты соединений обязательно выполняется операционное контролирование сварочных работ. Регулярно проводится аттестация, на которой комиссия должна дать допуск на сваривание контрольных швов. После прохождения данного испытания выполняется проверка теоретических знаний сварщиков.

Многие способы производятся с использованием специальных приборов, которые оказывают радиационное, магнитное, ультразвуковое воздействие. Обычно они выполняются на производствах с соблюдением требуемых норм и выставленных параметров.

Особенности визуального осмотра

Физические методы контроля сварных швов включают визуальный осмотр изделия. При помощи данного исследования можно обнаружить внешние и внутренние дефекты. По этой причине данная диагностика считается наиболее точной.

Физический метод контроля сварных соединений — это диагностика, которая проводится с применением различных излучений (лазерное, рентгеновское), они взаимодействуют с объектами контроля. При осуществлении данных диагностик соединение никогда не разрушается, обычно оно визуально исследуется.

Частые обрывания дуги можно обнаружить при помощи нескольких характерных качеств — разная высота и ширина катета. По этой причине обязательно требуется проводить предварительное исследование материалов, правильность подключения рабочего оборудования, его готовность к проведению сварочных работ.

Перед тем как будут проводиться испытания, соединения требуется очистить от следующих ненужных элементов:

  • окалины;
  • шлаки;
  • брызги от расплавленного металла;
  • различные загрязнения.

Обратите внимание! Чтобы лучше выявить мелкие трещины, стыковую область можно обработать при помощи раствора с азотной кислотой. Это придаст поверхности матовость, сделает более подходящей для проведения визуальной диагностики.

Этот способ испытаний позволяет выявить целый ряд дефектов шва:

  • внешние дефекты;
  • поры;
  • трещины;
  • непровары;
  • наплывы.

Для лучшей эффективности часто используют увеличительное стекло. Лупа оказывается незаменимым изделием, при помощи которого можно выявить незаметные дефекты.

Особенности капиллярного метода

Данное испытание на твердость сварных швов предполагает применение качества жидкости затягиваться в достаточно небольшие капилляры. Быстрота и степень проникновения во внутреннюю структуру материала связана с его смачиваемостью и размером диаметра капилляров.

Капиллярное исследование может применяться не только для металлических изделий, но и для элементов из керамики, стекла, пластмассы. Основное его назначение состоит в выявлении внешних изъянов, которые не получается обнаружить с первого взгляда. К примеру, при использовании керосина можно выявить сквозные дефекты.

К главным особенностям этого способа проверки качества шва относят:

  1. При капиллярном методе часто применяются пенетранты. Данные компоненты обладают небольшим поверхностным натяжением и сильным цветовым контрастом.
  2. При проникновении в области дефектов, пенетрантов подсвечивают их, именно это позволяет быстро обнаружить изъяны сварочного процесса.
  3. Пенетранты с высокой чувствительностью могут выявить дефекты с размером от 0,1 микрона.
  4. Капиллярное исследование подходит для дефектов с размером ширины до 0,5 мм. При большем размере трещин этот метод не работает.

Механические испытания сварных соединений — обязательные манипуляции, которые должны проводиться во время сварочной технологии. Они могут выполняться при помощи разных разрушающих и неразрушающих методов. Если все будет соответствовать установленным нормам и правилам, то сварщик допускается к проведению дальнейших сварочных работ.

Интересное видео

Контроль качества с разрушением сварного соединения — механические испытания

Механические испытания определяют прочность и надежность сварных соединений. Основные методы определения механических свойств сварных соединений и их отдельных зон устанавливает ГОСТ 6996 — 66, предусматривающий статические и ударные испытания при нормальных, а в некоторых случаях и при пониженных или повышенных температурах. Для сварных соединений ответственных конструкций, изготовленных из высокопрочных материалов или предназначенных для работы в условиях отрицательных температур и вибрационных нагрузок, дополнительно проводятся испытания на устойчивость к хрупкому разрушению и усталостную прочность. По характеру нагружения различают механические испытания:

  • статические — при которых сила нагружения плавно возрастает или длительное время остается постоянной;
  • динамические — при которых сила нагружения возрастает практически почти мгновенно и действует короткое время;
  • усталостные — при которых нагрузка многократно (при числе циклов от десятков до миллионов) изменяется по значению и знаку.

Статические испытания. Стыковые сварные соединения подвергаются следующим статическим испытаниям: на растяжение, изгиб, ползучесть, твердость и т. д.

Рис. 1. Образцы для определения относительной прочности шва при толщине основного металла менее 3 мм (а) и более 3 мм (б)

Испытание на растяжение производится в целях определения прочности и пластичности сварного соединения. Для оценки временного сопротивления σв сварного соединения при растяжении (напряжения, отвечающего наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца) используют:

  • образцы с валиком шва на лицевой поверхности (рис. 1), которые позволяют найти относительное значение σв шва в сравнении с σв основного металла;
  • образцы с валиком шва, снятым заподлицо с основным металлом, и специально выполненной выточкой шва, предопределяющей место разрушения (рис. 2), которые позволяют определить абсолютное значение σв.

Если прочность сварного соединения меньше прочности основного металла, то допускается использование для испытаний плоских и круглых образцов с одинаковым сечением. Причем длина захватной части таких образцов может выбираться в зависимости от конструкции испытательной машины, а изменение других их размеров недопустимо.

Для испытаний участков сварного соединения используются круглые образцы с рабочей частью диаметром 3 … 10 мм, вырезанные вдоль оси сварного шва в соответствующей зоне соединения при многослойной сварке.

При испытании на растяжение определяют условный предел текучести σ02, временное сопротивление σв и относительное удлинение δ.

Под условным пределом текучести понимают напряжение, при котором деформация образца составляет 0,2 % от его первоначальной расчетной длины.

Относительное удлинение образца представляет собой процентное отношение абсолютного остаточного удлинения к первоначальной расчетной длине образца.

Рис. 2. Образец для определения абсолютной прочности шва

Рис. 3. Схемы испытаний образцов на изгиб при продольном (а) и поперечном (б) расположении шва: В — ширина пуансона; S — толщина образца

Испытание на изгиб производится для определения пластичности сварного соединения в целом. Пластичность стыкового соединения при изгибе определяется по углу изгиба образца до образования первой трещины на любом его участке.

Схемы испытаний образцов на изгиб при продольном и поперечном расположении шва приведены на рис. 3, а формы образцов для испытаний — на рис. 4.

На практике часто вместо плоских образцов используют трубчатые. При испытаниях односторонних сварных швов в растянутой зоне должен располагаться верхний слой металла, а при многослойной сварке — шов, сваренный последним.

Для ответственных сварных соединений считается удовлетворительным угол изгиба 120 … 180° без образования трещин. При отсутствии трещин испытание заканчивается изгибом образца до достижения параллельности его сторон.

Рис. 4. Формы образцов для испытаний на изгиб с продольным (а) и поперечным (б) швами

Динамические испытания. К динамическим относятся испытания на ударный изгиб и усталость (выносливость).

Испытания на ударный изгиб заключаются в определении ударной вязкости сварного соединения при нормальной, пониженной и повышенной температурах, обусловленных условиями его работы. Образцы для таких испытаний (рис. 5) изготовляют в соответствии с ГОСТ 6996—66. Испытания проводятся на специальных образцах с надрезом, который может располагаться по оси шва, линии сплавления или в зоне термического влияния со стороны раскрытия шва. Место расположения надреза зависит от цели испытания. При испытании металла шва или основного металла надрез можно делать с любой стороны образца.

Испытания производятся на маятниковых копрах с различной предельной энергией. Для применения в лабораториях строительно-монтажных организаций рекомендуется маятниковый копер МК-30А, имеющий 15 ступеней запаса энергии и 17,5 тыс. ч полного технического ресурса. После испытания сварного шва исследуют структуру излома для определения дефектов. Ударная вязкость определяется как отношение работы, затраченной на излом образца, к площади его поперечного сечения в месте надреза до испытания.

Испытаниями на усталость (выносливость) определяют устойчивость металла к воздействию переменных нагрузок при изгибе, растяжении и кручении. Переменные нагрузки создаются при симметричном, асимметричном и пульсирующем циклах нагружения.

Рис. 5. Образцы разной толщины, используемые для испытаний на ударный изгиб: а — 10 мм и более; б — 5 … 10 мм; в — 2 … 5 мм

Рис. 6. Изменение действующих напряжений (а) и относительного удлинения (б) образца из металла в зависимости от числа циклов до разрушения

Испытаниям в условиях осевого нагружения подвергаются цилиндрические или плоские образцы специальной формы и определенных размеров, вырезанные поперек сварного соединения. При испытаниях определяют предел выносливости образца. Количественной оценкой усталостной прочности является число циклов, которое выдержал сварной образец до разрушения.

Типичные зависимости для металлов между уровнем действующих циклических напряжений σmax, удлинением после разрушения δ и числом N циклов изменения напряжений до разрушения образца, построенные по результатам испытаний при пульсирующем цикле, т. е. когда нагрузка изменяется от нуля до максимального растягивающего значения, показаны на рис. 6.

На кривой зависимости между действующими напряжениями и числом циклов до разрушения (рис. 6, а) можно выделить три участка. На участке I, называемом участком квазистатического разрушения, происходит направленное пластическое деформирование, и разрушение образца здесь соответствует разрушению при однократном приложении нагрузки. При этом относительное удлинение образца (рис. 6, б) равно относительному удлинению при статическом разрушении δст, а в некоторых случаях превышает его, и излом ничем не отличается от излома при статическом разрушении металлов.

На участке II имеет место малоцикловая усталость материала, и разрушение образца происходит вследствие возникновения и развития усталостной трещины, сопровождающейся заметными пластическими деформациями.

Участок III — это участок многоциклового усталостного разрушения материала при почти полном отсутствии остаточного удлинения образца. В некоторых случаях этот участок на кривой σmax = f(N) переходит в горизонтальную линию, соответствующую напряжению σг, что свидетельствует об отсутствии разрушений при напряжениях ниже этого значения, даже если число циклов нагружения существенно увеличивается.

Число циклов нагружения, при котором имеет место переход от одного участка зависимости σmax = f(N) к другому, для различных материалов и режимов нагружения различное.

Исследование разрушения металлов в условиях многоциклового изменения нагрузки производится, как правило, при синусоидальном цикле нагружения. При этом различают симметричный и асимметричные циклы нагружения. При симметричном нагружении (рис. 7, а) среднее напряжение цикла σср равно нулю, а изменяется напряжение от минимальных значений сжатия σmin до максимальных напряжений растяжения σmax. При асимметричных циклах нагружения (рис. 7, б) среднее напряжение не равно нулю, и оно может иметь любые значения как в области растяжения, так и в области сжатия.

Читать еще:  Радиографический контроль: увидеть объект насквозь

Рис. 7. Синусоидальные циклы нагружения образцов: а — симметричный; б — асимметричный

Рис. 8. Типовая кривая усталости для образцов металлов: Nб — базовое число циклов

Результаты исследования усталости металлов представляются в виде кривых усталости — графиков, характеризующих зависимость между максимальными, или амплитудными, напряжениями (деформациями) и числом циклов нагружения образца до разрушения, которые были получены при испытании партии одинаковых образцов при одинаковом среднем напряжении (деформации) цикла или при одинаковом коэффициенте его асимметрии (рис. 8).

Помимо рассмотренных видов испытаний, предусмотренных ГОСТ 6996 — 66, иногда необходимо проведение дополнительных испытаний для получения других прочностных характеристик. Обычно при этом стремятся создать условия нагружения и работы образцов, идентичные тем, на которые рассчитана работа конструкции. Например, это дополнительное испытание особых образцов, в рабочих сечениях которых тем или иным способом создается плоское напряженное поле, характерное для металла сосудов, работающих под давлением. В этом случае образцы представляют собой плоские или круглые стержни с захватами на концах и специальными проточками в центральной части, которые обеспечивают получение плоской схемы напряжений при нагружении.

Однако в настоящее время чаще применяют схему испытаний с разрушением основного металла или сварных соединений. Критериями прочности в этом случае являются максимальное давление и утончение образца.

Измерение твердости. Для установления изменения структуры металла шва и околошовной зоны, а также для оценки степени закалки зон сварного соединения и неоднородности его механических свойств измеряют твердость сварных швов.

Рис. 9. Схемы (а, б) измерения твердости сварных швов (измерения производятся в точках пересечений линий 110)

Обычно твердость определяют на шлифах для металлографического анализа тремя способами:

  1. вдавливанием стального закаленного шарика диаметром 1,568 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° (способ Роквелла);
  2. вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды с квадратным основанием и углом между противоположными гранями 136° (способ Виккерса);
  3. вдавливанием стандартного стального закаленного шарика определенного диаметра (способ Бринелля).

Измерение твердости по сечению стыкового шва производят в двух направлениях: по его продольной оси и от центра к основному металлу. Образцы для испытаний вырезаются таким образом, чтобы в них имелись все участки сварного соединения: основной металл, металл шва и зоны термического влияния, и на этих трех участках определяют твердость. Измерения производятся на поперечном сечении образца в двух взаимно-перпендикулярных направлениях: по оси шва и вдоль линий, параллельных верхней и нижней поверхностям листа (рис. 9). У стыковых соединений толщиной до 3 мм твердость может измеряться на их наружной поверхности при снятом усилении шва.

Испытание сварного шва на разрыв

§ 87. Способы контроля сварочных материалов и сварных соединений

При выполнении сварочных работ применяют различные способы контроля сварочных материалов и сварных соединений. Эти способы делятся на две группы:

разрушающие (когда сварное соединение приходится разрушать);

неразрушающие (когда сварное соединение не выводится из строя).

В основном на практике стараются применять неразрушающие способы контроля, однако некоторую часть сварных соединений целесообразно подвергать разрушению для получения более надежной и достоверной информации о свойствах выполненных соединений.

Внешний осмотр и замер размеров швов. Этот вид контроля является необходимым и наиболее распространенным при сварке. Внешний осмотр может быть выполнен невооруженным глазом и с помощью увеличительного стекла. Перед внешним осмотром сварные швы должны быть тщательно очищены от шлака, а если необходимо, то и протравлены. Осматривать детали следует как после прихваток, так и после наложения каждого валика. Размеры швов замеряют специальными шаблонами и измерительными приборами непосредственно после сварки.

При сварке плохо сваривающихся сталей рекомендуется повторно осматривать сварные швы. Внешним осмотром выявляют излом или не перпендикулярность осей соединенных элементов, смещение кромок соединяемых элементов, несоответствие размеров и формы швов (по высоте, катету и ширине шва, по равномерности усиления, чешуйчатссти и т. п.), трещины всех видов и направлений, наплывы, подрезы, прожоги, не заваренные кратеры, не провары, пористость и другие дефекты, отсутствие плавных переходов от одного сечения к другому, несоответствие общих геометрических размеров сварного узла (изделия) требованиям чертежей и технических условий, отсутствие клейм сварщиков или несоответствие клеймения установленным требованиям.

Осматривать необходимо все без исключения сварные соединения. Внешний осмотр и измерение сварных соединений осуществляют в условиях достаточной освещенности объекта контроля.

Механические испытания. Для определения механических свойств одновременно с изделием на тех же технологических режимах сваривают из того же металла пробные пластины или отрезки труб, из которых изготавливают образцы для испытаний (иногда образцы вырезают непосредственно из изделия). Размеры и формы образцов, изготовляемых для механических испытаний, регламентированы ГОСТ 6996-66 (рис. 119).


Рис. 119. Образцы для испытаний механических свойств: а — наплавленного металла, б — сварного соединения, в — на изгиб, г — на ударную вязкость

Для проверки механических свойств из наплавленного или основного металла изготавливают круглый образец (рис. 119, а), который испытывают на статическое (кратковременное) растяжение на разрывной машине. Одновременно определяют относительное удлинение (в процентах от первоначальной длины образца).

Аналогично проводят механические испытания свойств сварного соединения из пробной пластины или трубы на плоском образце (рис. 119,6).

Пластичность металла шва определяется испытанием сварного соединения на статический изгиб (загиб) на разрывных машинах или под специальным прессом (рис. 119, в). Чем больше угол загиба а, тем выше пластичность. Максимальный угол загиба, равный 180°, характеризует хорошую пластичность металла. Образец загибается до образования трещины.

Испытание сварного соединения ка ударный разрыв (ударную вязкость) проводят на специальных машинах (маятниковых копрах). Для этой цели изготавливаются специальные квадратные образцы с надрезом со стороны раскрытия шва (рис. 119, г).

Сварное соединение испытывают на твердость обычно на закаливающихся сталях.

Металлографические исследования сварных соединений. Основной задачей металлографического анализа является исследование структуры и дефектов (пороков) основного и направленного металла сварного соединения. Металлографические исследования включают в себя макроструктурный и микроструктурный методы исследования металлов.

При макроструктурном методе изучаются макрошлифы и изломы металла. Макрошлиф — это зашлифованный образец металла, протравленный 25%-ным водным раствором азотной кислоты. Шлифы вырезают из сварного шва или пробных пластин. Макроструктуру рассматривают невооруженным глазом либо с помощью лупы. Исследование излома позволяет выявлять такие дефекты, как белые пятна (флокены). Излом является одним из лучших методов выявления этого дефекта. По излому можно судить и о том, где произошло разрушение металла — по зерну или по границам зерен.

При микроструктурном методе (микроанализ) исследуется структура и пороки металла с помощью микроскопа, т. е. при более чем 50-100-кратном увеличении. Поверхность шлифа тщательно полируется и протравливается. С помощью микроисследования можно установить качество металла, в том числе обнаружить пережог металла, наличие окислов по границам зерен, засоренность неметаллическими включениями (оксидами, сульфидами), величину зерен металла, изменение состава металла при сварке, микроскопические трещины, поры и некоторые другие дефекты структуры.

Коррозионные испытания сварных соединений. Коррозией называется разрушение металлов, сплавов и их сварных соединений вследствие воздействия на них окружающей среды. Существуют два вида коррозии: химическая и электрохимическая.

Химическая коррозия представляет собой процесс непосредственного взаимодействия между металлом и ‘средой (сухие газы, жидкие не электролиты — бензин, масло, смола и др.). Электрохимическая коррозия происходит при действии на металлы жидких электролитов (водных растворов солей, кислот, щелочей), а также влажного воздуха, т. е. проводников электричества — растворов, содержащих ионы.

Проверка сварных швов

Проверка сварных швов, обязательная процедура, если к сварке предъявляются особые требования, касательно герметичности, прочности на разрыв и т. д. Герметичным сварочный шов будет только тогда, когда через него не будут проходить газообразные и жидкие вещества.

Проверка сварного шва на герметичность, является обязательным условием при сварке трубопроводов и ёмкостей, которые предназначены для хранения горюче-смазочных материалов. Для этих целей используются различные способы, с задействованием керосина, пневматических, и других устройств.

В домашних условиях, когда под рукой нет специального оборудования, проверить сварной шов на герметичность можно используя керосин или ацетон. О том, как именно осуществляется проверка сварного шва перед использованием, будет рассказано в этой статье сайта о ручной дуговой сварке mmasvarka.ru .

Пневматический контроль сварных швов

Данный способ проверки сварных швов осуществляется посредством сжатого газа или пара. Чаще всего, в сварное изделие подаётся инертный газ, воздух или азот. В зависимости от размеров проверяемого на герметичность изделия, его можно погрузить в воду, где будет видны абсолютно все изъяны и недостатки сварки.

Особенно эффективным оказывается проверка сварных швов при помощи пенного индикатора, в качестве которого выступает мыльный раствор из воды и моющего средства. Накачанный в трубопровод сжатый воздух, выходит через дефекты в сварных швах, которые заранее покрываются мыльным раствором.

Гидравлическое испытание сварных соединений

При данном способе проверки качества сварных швов, используется жидкость, чаще всего, это вода. Для нагнетания воды в трубопровод или какое-либо другое сварное изделие, используется специальный гидравлический пресс или насос. Вода накачивается в трубопровод, с достаточно большим давлением, примерно в несколько раз превышающее рабочее давление в сосуде.

Важным нюансом при этом считается время выдержки давления, оно должно быть не менее 5 минут. При этом сварные швы должны обязательно выдержать давление воды, через них не должна просачиваться жидкость. В противном случае, это говорит о низком качестве сварного соединения.

Проверка сварных швов керосином

Отдельного внимания заслуживает проверка качества сварных соединений посредством керосина. Примечателен этот способ проверки тем, что его можно осуществить без специального оборудования и в домашних условиях. Проверка сварных швов при помощи керосина основывается на свойстве жидкостей, в данном случае, их хорошей текучести.

Чтобы осуществить проверку сварного шва керосином, нужно произвести следующие действия:

  • Обильно нанести на одну из сторон сварного шва, разведённый меловой раствор (мел разведенный в воде);
  • После того, как меловой раствор высохнет, сварной шов приобретёт полностью белый цвет;
  • Затем, с другой стороны сварного соединения, кисточкой наносится керосин, после чего нужно выждать некоторое время.

Сколько времени ждать, пока керосин проступит сквозь шов, полностью зависит от его толщины, а также, от температуры окружающего воздуха. Как правило, различные дефекты сварки, определяются данным способом достаточно быстро, поэтому ждать придется недолго, зато получится вовремя выявить, некачественное сварное соединение.

Механические испытания сварных соединений

Не важно, с применением какой технологии был создан сварной шов. Он в любом случае будет обладать характерными свойствами, которые присущи всем сварным соединениям. Среди таких свойств прочность, твердость, пластичность и ударная вязкость. И от качества проведенных работ во многом зависит, насколько перечисленные выше свойства соответствуют нормам.

Но как определить, насколько высока прочность или пластичность шва? Для этого применяются разрушающие методы контроля качества швов. Они также называются просто механические испытания сварных соединений. В ходе этих испытаний швы подвергаются механической нагрузке, из-за чего могут деформироваться. Поэтому такой метод контроля называется разрушающим, ведь он влияет на прочность сварных соединений. В этой статье мы подробно расскажем, что такое механические испытания сварных соединений, какие есть достоинства и недостатки у такого метода контроля.

Общая информация

Итак, механические испытания сварных соединений — это комплекс различных механических операций, направленных на определение механических свойств шва. Как мы писали выше, данный метод контроля качества называется разрушающим, а потому применяется лишь при крупносерийном производстве. Ведь серийные изделия производятся по одному и тому же принципу, поэтому по одному образцу можно в целом судить о качестве партии.

Сейчас для разрушающего механического контроля применяются специальные агрегаты. Они не только испытывают швы на прочность, но и фиксируют полученный результат. Это существенно упрощает и ускоряет работу. Обычно проводят анализ только одной детали из всей партии, но для более точного результата можно подвергнуть испытаниям несколько деталей.

Механические испытания сварных соединений регулируются отдельным нормативным документом, это ГОСТ 6996-66. Также изучите документ РД 26-11-08-86., он дополнительно регулирует механические испытания. Мы в целом рекомендуем всем новичкам изучать нормативные документы, поскольку в них довольно подробно и точно расписано, как и при каких условиях нужно проводить разрушающий контроль швов. Именно из нормативных документов вы узнаете всю актуальную информацию, а никак из статей в интернете. Так что не поленитесь и прочтите два этих небольших документа.

Преимущества и недостатки

Механические испытания сварных соединений имеют свои плюсы о минусы. Их, в целом, немного, но мы все же расскажем, чтобы вы четко понимали, в каких ситуациях не стоит использовать такой метод контроля качества.

Итак, главный плюс — это возможность получения информации о всех механических свойствах шва. Вы гарантировано узнаете, насколько шов прочный и пластичный, какова его ударная вязкость и твердость. К тому же, это относительно недорогой способ контроля качества. Но только при условии, что используются бюджетные агрегаты для контроля, а не технически сложные приборы с множеством функций.

Еще один неочевидный плюс — нет нужды в отдельном контролере с профильным образованием. Можно просто делегировать обязанности сварщику. И обучение не займет много времени.

Теперь о недостатках. Самый главный недостаток — узкое применение такого метода контроля. Контролируемые детали зачастую не выдерживают механических испытаний и разрушаются. И если потеря в одну деталь несущественна при выпуске большой партии, то при изготовлении малых тиражей каждая деталь на вес золота.

Исследуемые свойства

У каждого металла есть свои физические свойства, исследовав которые можно понять, насколько деталь противостоит деформации. Проще говоря, насколько она будет долговечной. Чтобы это узнать деталь нужно подвергнуть той самой механической деформации. При этом главная задача — узнать максимальные возможности детали. Поэтому ее подвергают сильным нагрузкам до тех пор, пока она не разрушится.

Выше мы уже перечисляли свойства, которые можно определить методом механического разрушающего контроля. Это пластичность, твердость сварных швов, их прочность и ударная вязкость. Но далее мы расскажем подробнее, что кроется за каждым из этих терминов.

Итак, пластичность — это показатель металла, благодаря которому можно понять, насколько деталь подвержена изменению формы. Чтобы узнать показатель пластичности деталь подвергается механическому удлинению.

Далее твердость. Твердость металла — это показатель, благодаря которому мы можем узнать, насколько деталь противостоит проникновению в ее структуру другого предмета. Существует множество способов определения твердости (метод Бринеля, метод Роквелла, метод Виккерса и так далее). Всех их объединяет одно — в испытуемую деталь подается какой-нибудь предмет (стальной шарик, алмазный конус, алмазная пирамида) и фиксируется, насколько деталь сопротивляется этому механическому воздействию. В этом материале мы не будем подробно рассказывать о каждом методе проверки на твердость, поскольку их больше десятка и это тема для отдельной статьи.

Также испытывается прочность металла. Прочность и твердость во многом похожи, но не стоит их путать. Прочностью называют способность детали противостоять различным нагрузкам, в том числе растяжению. Детали помещают в специальный аппарат, который растягивает их в разные стороны. Такое испытание на прочность вполне эффективно. Но для большей эффективности детали могут дополнительно нагревать в ходе испытания. Для этих целей используется муфельная печь, встроенная в испытательную машину. С помощью печи можно заодно узнать и теплостойкость заготовки. Рекомендуется нагревать деталь не менее получаса, только результаты будут более достоверными.

Не забывайте и про ударную вязкость. Ударная вязкость — это способность металла к сопротивлению ударным нагрузкам. Деталь могут в прямом смысле испытывать с помощью механических ударов, пока не узнают ее предел. Самый распространенный способ проверки на ударную вязкость — это использование маятника, на конце которого расположено грузило. Маятник поднимают и затем опускают, в ходе падения он набирает определенную скорость и с силой бьет деталь.

Особенности

Как вы понимаете, такие физические методы контроля сварных швов наверняка приведут к разрушению детали. А разрушающий метод контроля сварных соединений не всегда приветствуется. Если у вас есть возможность произвести контроль, используя неразрушающие методы, то лучше выберите такой вариант. И не забывайте, что во время контроля нужно зафиксировать температуру воздуха в контрольной комнате, данные самой детали и все типы нагрузок, которым вы подвергаете металл.

Еще обращаем ваше внимание, что механические испытания сварных соединений должны проводиться исходя из начального состояния детали. Это очень важный нюанс, о котором не знают многие новички. Согласитесь, если деталь с многочисленными внешними дефектами подвергнуть тем же механическим нагрузкам, что и детали без дефектов, то первые образцы явно покажут себя не с лучшей стороны.

Чтобы избежать таких проблем нужно проводить простейший визуальный контроль качества. Сварщик с помощью своих глаз и пары простых инструментов (вроде лупы) может обнаружить все видимые дефекты, которые в последствии могут повлиять на результаты механического контроля. Так что не поленитесь и внимательно осмотрите деталь перед тем, как выполнять механический разрушающий контроль.

Читать еще:  ПЕНА полиуретановая для гидроизоляции шахт и колодцев

Мы также рекомендуем выбирать не одну, а несколько деталей из всей партии для проведения контроля. Наверняка все полученные результаты будут отличаться, но вы сможете составить некий усредненный результат и предоставить более точные данные касаемо целой партии изделий. Такой вариант контроля всегда предпочтительнее, чем исследование одной заготовки из огромной партии. Нужно понимать, что на производстве всегда есть человеческий фактор, даже если используются одни и те же сварочные аппараты с одними и теми же режимами работы. И взяв на контроль только одну деталь вы рискуете нарваться на брак или наоборот его не заметить среди большого количества выпускаемой продукции.

Вместо заключения

Если данный метод контроля кажется вам слишком сложным, то спешим вас разубедить. Существуют, например, металлографические исследования сварных соединений, когда досконально изучается структура шва с помощью микроскопа. И, поверьте, это куда сложнее, чем просто подвергнуть деталь механическим нагрузкам.

Да, механические испытания — это не лучший метод контроля качества, если производство не крупносерийное. Но он достаточно эффективный, если завод выпускает продукцию большими партиями. Можно подвергнуть контролю только одно изделие из всей партии и получить более-менее объективную картинку касаемо всех остальных изделий. А вы когда-нибудь проводили механические испытания сварных соединений? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи!

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.

Методы разрушающего контроля сварных соединений. Механические и металлографические исследования

Разрушающий контроль – исследование качества сварного соединения по воздействию на материал, при котором происходит разрушение контрольного образца. Испытания чаще всего проводят на образцах-свидетелях, сваренных из того же материала, как у изделия, и по такой же технологии.

Результатом проведения разрушающего контроля является получение числовых данных, характеризующих прочность и надежность сварного соединения. Разрушающий контроль регламентируется государственными нормативами и подразделяется на виды контроля.

Методы контроля

Разрушающие исследования включают методы испытания сварных образцов:

Механические испытания

Контроль предназначен для определения механических свойств материалов. Цель – проверка соответствия механических качеств конструкции запросам технических условий или проекта. Для проведения эксперимента из изделия вырезают контрольный образец или вместе с основной конструкцией сваривают контрольную пластину.

Механические испытания сварных соединений, согласно ГОСТ 6996-66, включают проверку:

  • на растяжение;
  • ударный изгиб.

Контроль также предусматривает определение твердости металла различных участков сварного шва и исследование соединения на стойкость против механического старения.

По характеру приложения нагрузки механические испытания разделяют на виды:

  • статические – для них характерна малая скорость деформации контрольного образца в результате воздействия статической нагрузки (растяжение, сжатие);
  • динамические – проверка воздействия на испытуемый предмет нагрузки, изменяемой с большой скоростью (ударный изгиб);
  • на усталость – выявление способности металла сопротивляться воздействию много раз повторяющихся переменных нагрузок, изменяющихся по направлению, времени и величине (изгиб, растяжение, кручение).
Статическое растяжение

Испытание проводится способом растяжения (разрыва) образцов и заключается в определении следующих механических свойств исследуемого материала:

  • пределов пропорциональности, текучести и упругости;
  • предела прочности (временного сопротивления);
  • истинного сопротивления разрыву;
  • относительных удлинения и сужения после разрыва.

Работа выполняется на специальных машинах, оборудованных приборами автоматической записи диаграммы растяжения. Проверяют образцы прямоугольного или круглого сечения (диаметр 3-10 мм).

Ударный изгиб

Для проведения испытаний применяют прямоугольные или квадратные образцы с односторонним надрезом. Надрез в зависимости от назначения контрольного эксперимента может располагаться:

  • на линии сплавления;
  • в зоне термического влияния;
  • на оси сварного шва.

Цель испытания – определение ударной вязкости исследуемого металла при заданной температуре в зоне соединения.

Ударная вязкость надрезанного образца определяется отношением работы, затраченной на излом контрольного элемента (в Дж), к площади его поперечного сечения в зоне надреза до проведения испытания (в м 2 ).

После проведения испытания выполняется исследование структуры излома. Цель – определение наличия дефектов сварного шва и степени кристалличности на изломе.

Металлографические исследования

Цель – определение структуры материала сварного соединения. Исследованием устанавливают:

  • правильность выбора всех факторов, влияющих на качество сварного шва;
  • дефекты шва и причины их возникновения.

Металлографический анализ включает макроструктурное и микроструктурное исследования материала сварного шва.

Макроструктурный метод

Служит для предварительной оценки качества сварного соединения. Макроструктуру шва на поверхности образца (шлифе и изломе сварного шва) можно наблюдать визуально или при двадцатикратном увеличении. Вырезанные темплеты для шлифов шлифуют и травят реактивами, подбираемыми в зависимости от типа металла и цели исследования.

  • строение, размеры и форму шва;
  • наличие дефектов (трещины, непровары, газовые поры, шлаковые включения, усадочные рыхлости).

Макроструктуру материала также изучают по излому, внешний вид которого говорит о характере разрушения металла. Излом крупнозернистый с характерным блеском указывает на хрупкость металла. Серый волокнистый излом, имеющий матовую поверхность, свидетельствует о хорошей пластичности материала.

Микроструктурный метод

Предполагает исследование микроструктуры металла – строения металла, видимого под микроскопом. Анализ проводят на шлифах с отполированной и отшлифованной до блеска поверхностью, протравленной специальными растворами.

Исследование проводится с применением оптического микроскопа при увеличениях от 50 до 2000 раз. Микроструктурным методом устанавливаются:

  • качество обработки шлифа;
  • наличие газовых пор и окисных пленок;
  • наличие микротрещин;
  • степень загрязнения металла сварного шва неметаллическими включениями.

Неметаллические включения могут быть разной формы и проявляются на белом фоне шлифа темными пятнами. Микротрещины выглядят тонкими извилистыми кривыми. Газовые поры – черными пятнами.

Испытание сварного соединения на статическое растяжение

Определение прочности наиболее слабого участка стыковогои нахлесточного соединений

При испытании сварного соединения на статическое растяжение в соответствии с ГОСТ 6996-66 определяют временное сопротивление наиболее слабого участка стыкового или нахлесточного соединения либо прочность металла шва в стыковом соединении. Подсчет временного сопротивления ведется по ГОСТу 1497-84. При испытании определяют место разрушения образца (по металлу шва, по металлу околошовной зоны, по основному металлу).

Испытания проводят, как правило, на образцах, толщина или диаметр которых равен толщине или диаметру основного металла. При испытании сварного соединения или листов разной толщины более толстый лист путем механической обработки должен быть доведен до толщины более тонкого листа.

Форма и размеры плоских образцов (типы ХII, XIII и XIIIа) для испытания стыковых соединений должны соответствовать указанным на рис. 24.5 и в табл.24.2. Допускается применение цилиндрических образцов типов I-V. Металл шва в этих образцах должен располагаться посередине их рабочей части. Разрешается применение образца по ГОСТ 1497-84.

Рис. 24.5. Плоские образцы типов XII (a), XIII (б), XIIIa (в) для испытания стыковых соединений на статическое растяжение.

Таблица 24.2. Параметры стандартных образцов для испытаний стыковых соединений на растяжение, мм

Тип образцаТолщина основного металла, аТолщина образца, а1Ширина рабочей части образца, bШирина захватной части образца, b1Длина рабочей части образца, lОбщая длина образца, LНомер чертеж.
XII, XIIIДо 6Равна толщине основного металла15±0,5L + 2h24.5а и 24.5б
Св.6 до 1020±0,5
Св. 10 до 25 .25±0,5
Св. 25 до 50 .30±0,5
Св. 50 до 75 .35±0,5
XIIIaРавна и менее 20Равна толщине металлаНе менее 1, 2 толщины образца, но не менее 10 и не более 50b + 12lш + 60Равна или более 20024.5в
Св. 20 до 40Равна толщине металла или 20
Св. 4020 или 40
Примечания. 1. lш – максимальная ширина шва. 2. Длину захватной части образца h устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины. 3. Размеры образцов типов XII и XIII при толщине основного металла более 75 мм устанавливаются стандартом или другой нормативно-технической документацией. 4. Длину рабочей части образца можно увеличить, если конструкция испытательной машины делает невозможным испытание образца предписанной длины.
Читать еще:  Капиллярный метод неразрушающего контроля сварных швов

Форма и размеры цилиндрических образцов для испытания стыковых соединений стержней круглого или многогранного сечения (тип XIV) должны соответствовать указанным на рис. 24.6 и в табл. 24.3.

Рис. 24.6. Цилиндрические образцы типов XIV (a), XIVa (б) для испытаний стыковых соединений стержней круглого сечения.

Утолщение шва должно быть снято механическим способом до уровня основного металла. Удаление основного металла с поверхности образца производят только с той стороны, с которой снимают утолщение шва или имеется уступ. Строгать утолщение следует поперек шва.

Испытания образцов типов XII, XIII, XIIIа (рис. 24.5) и XIV (трубный, рис. 24.6.) разрешается проводить без снятия усиления, если это оговорено в нормативно-технической документации.

В этом случае в формулу расчета временного сопротивления вводят значение площади сечения образца на его базе вне шва.

Таблица 24.3. Параметры стандартных цилиндрических образцов для испытаний стыковых соединений, мм.

Тип образцаДиаметр круглого стержня или диаметр окружности, вписанной в многогранный стержень, ВДиаметр захватной части образца d1Диаметр рабочей части образца dДлина рабочей части образца lОбщая длина образца LНомер чертежа
XIVДо 10Dc или Bl + 2h22.6а
Св. 10 до 25 вкл.
Св. 25 до 50 вкл.
Св. 50 до 70 вкл.
XIVaНе ограничиваетсяDc или В, но не более 400,8 d1lш + 60≥20024.6б
Примечания. 1. lш – максимальная ширина шва. 2. Длину захватной части образца h устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины. 3. При Dc более 75 мм размеры образца типа XIV устанавливаются стандартом или другой нормативно-технической документацией.

При недостаточной мощности разрывной машины разрешается испытывать плоские образцы типа XV (рис. 24.7, а) или цилиндрические образцы типов XVI, XVII (рис. 24.7, б, в). Разрешается применять цилиндрические образцы с другими рабочими диаметрами и другим типом захватной части в соответствии с ГОСТ 1497-84.

Рис. 24.7. Плоские образцы типов ХV (а), ХVI (б), ХVII (в) стыковых соединений для испытаний на статическое растяжение; а — толщина основного металла, мм.

Для контроля прочности сварных соединений труб применяют сегментные образцы, а также цилиндрические образцы в виде отрезков труб (рис. 24.8). Образцы типов ХII, ХIII, ХIIIа не выправляют. Форму их в поперечном сечении определяет естественная кривизна трубы.

Сегментные образцы вырезают при диаметре трубы более 20 мм.

Цилиндрические образцы типов ХVIII и ХVIIIа вырезают при диаметре трубы до 100 мм. Образцы этих типов можно вырезать и на трубах больших диаметров.

В формулу расчета временного сопротивления для таких образцов вводят значение площади сечения трубы вне шва. В образцах типов ХII, ХIII и ХIIIа выпуклость швов удаляют с двух сторон. В образцах типов ХVIII и ХIХ выпуклость шва не удаляют, в образцах типа ХVIIIа выпуклость шва удаляют только с наружной стороны.

При недостаточной мощности испытательной машины разрешается применять образцы типов I-V. Металл сварного шва всегда располагают посередине образца.

Рис. 24.8. Цилиндрические образцы типов ХVIII (а), ХVIIIa (б), ХIX (в) для испытаний сварных труб на статическое растяжение.

Сварные соединения, выполненные точечной сваркой и электрозаклепками, испытывают на срез путем растяжения образца типа XX (рис.24.9) или на отрыв растяжением образца типа XXI (рис. 24.10). При испытании электрозаклепок ширина образца во всех случаях должна быть равна 50 мм.

Рис. 24.9. Сварные соединения; образец для испытаний на срез: а — толщина основного металла, мм; b — ширина образца, мм; l — длина рабочей части образца, мм; h — длина захватной части образца.

Рис. 24.10. Сварные соединения; образец для испытаний на отрыв растяжением;

а — толщина основного металла, мм; b — ширина образца, мм.

Сварные соединения листов, выполненные шовной сваркой, испытывают на срез путем растяжения образцов типов XXII и XXIII (рис. 24.11). При толщине металла до 1,0 мм испытывают образцы типа ХХIII, при толщине металла более 1,0 мм выбор типа образца не устанавливается.

Рис. 24.11. Сварные соединения листов, выполненные шовной сваркой. Образцы типов ХХII (а), ХХIII (б) для испытаний на срез путем растяжения: a — толщина основного металла, мм; h — длина захватной части образца (выбирается в зависимости от конструкции испытательной машины), мм.

Определение прочности металла шва в стыковом соединении.

При испытании прочности металла шва в стыковом соединении на образцах типов XXIV и XXV его временное сопротивление определяют по формуле:

где sв – временное сопротивление, МПа (кгс/мм 2 );

k — поправочный коэффициент;

Р — максимальное усилие, Н (кгс);

F— площадь поперечного сечения образца в наименьшем сечении до испытания, м 2 (мм 2 ).

Для углеродистых и низколегированных сталей коэффициент k принимают равным 0,9, для других металлов значение k устанавливается соответствующей технической документацией.

Толщина образца типа ХХIV должна равняться толщине основного металла. Диаметр захватной части образца типа ХХV должен равняться толщине основного металла или диаметру свариваемых элементов.

Форма и размеры плоского образца должны соответствовать приведенным на рис. 24.12 и в табл. 24.4, цилиндрического образца — на рис. 24.13 и в табл. 24.5.

Рис. 24.12. Плоский образец типа ХХIV для испытаний прочности металла шва в стыковом соединении: а — толщина образца, мм; h — длина захватной части образца, мм; b — ширина образца в зоне надреза, мм; b1 — ширина образца, мм; R — радиус надреза, мм; L — общая длина образца, мм; l — длина рабочей части образца, мм.

Таблица 24.4. Параметры плоских образцов для испытаний стыковых соединений, мм.

Толщина основного металла, аШирина захватной части образца, b1Ширина рабочей части образца, bРадиус закругления, RДлина рабочей части образца, lОбщая длина образца, L
До 615±0,56±1L = l + 2h
Св. 6 до 1020±0,512±1
Св. 10 до 2525±0,520±2
Св. 25до 4030±0,525±2
Св. 40 до 5035±0,530±2
Примечания: 1. Длину захватной части образца h устанавливают в зависимости от конструкции испытательной машины. 2. Размеры образца при толщине металла более 50 мм устанавливаются соответствующими техническими условиями.

Рис. 24.13. Цилиндрический образец типа ХХV для испытаний прочности металла шва в стыковом соединении: L — общая длина образца, мм; l — длина рабочей части образца, мм; h — длина захватной части образца, мм; d1 — наружный диаметр образца, мм; d — внутренний диаметр образца, мм.

Таблица 24.5. Параметры цилиндрических образцов для испытаний тавровых соединений,мм.

Диаметр захватной части образца3 d1Диаметр рабочей части образца3 dРадиус закругления, RДлина рабочей части образца lОбщая длина образца3 L
До 5d = 0,6 d1R = 0,5 d1L = l + 2h
Св. 5 до 10
Св. 10 до 15
Св. 15до 30d = 0,7 d1
Св. 30 до 50
Примечания. См. в табл. 24.4.

Поперечная ось образцов типов ХХIV и ХХV должна совпадать с осью шва. Для односторонних швов разметку поперечной оси образца осуществляют по узкой части шва (при электродуговой сварке) или по грату (при контактной или газопрессовой сварке).

Для двусторонних швов разметку поперечной оси выполняют после шлифовки и травления боковых поверхностей образца по макрошлифу или посередине выпуклости шва, сваренного со второй стороны. Выпуклость шва для образцов типа ХХIV должна быть удалена.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Механические испытания сварных соединений

Особенность механических испытаний сварных соединений – обязательность разрушения образцов под разнонаправленными нагрузками. Только так определяют важные эксплуатационные показатели, на основании которых производятся расчеты возможных нагрузок. Предусмотрены различные способы испытаний. Для них разработано специальное контрольное оборудование.

Для механических испытаний отбирают несколько серийных образцов сварных соединений. Заключение составляется на основании нескольких одинаковых исследований пластичности шва, устойчивости к разрушениям.

Сущность проведения механических испытаний сварных соединений

Разработан и регламентирован комплекс исследований швов, получаемых различными видами сварки. Среди испытаний сварных соединений выделяют группы методов испытаний сварных соединений с направленными напряжениями:

  • Статический способ предусматривает плавное увеличение разрушающей нагрузки. Испытания растянуты во времени, чтобы напряжение было постоянным.
  • Динамические действуют мгновенно, непродолжительный временной интервал.
  • Усталостные подразумевают многократное воздействие на исследуемый образец. Число циклов – величина, исчисляемая в десятки миллионов. Нагрузка изменяется по знаку, значению.

Статические испытания включают испытания стыковых сварных соединений, определяющие физические характеристики швов: твердость, ползучесть, растяжимость, пластичность, способность изгибаться и другие. Сварное соединение сравнивают с подобным образцом из целостного металла. Для исследований используют образцы с зачищенным и незачищенным валиком.

Условным пределом текучести называют напряжение, при котором образец увеличивается в длину на 0,2% от первоначальной длины. Испытание на изгиб необходимо для контроля пластичности диффузного слоя. Нагрузка на изгиб оказывается до появления первой трещины на продольном и поперечном сечении сварного соединения. Для экспериментов используют плоские и трубчатые образцы.

В ходе динамических испытаний соединений определяют склонность швов к усталостной деформации, прочности на ударный изгиб. Испытания проводят при разных условиях: нормальной, пониженной и повышенной температуры. Результаты заносятся в протокол в виде графиков, исследуются по типу кривых. В некоторых случаях применяются другие нормативно утвержденные исследования.

Твердость измеряется в области диффузного слоя и зоны термического влияния, оценивается структурная прочность металла на шлифах методами металлографии.

Исследуются три области:

  • диффузный слой шва;
  • зона термического влияния;
  • металл заготовки, не подвергающийся нагреву при сварке.

Проверяется обработанный и необработанный шовный валик. Для каждого вида сварки разработаны свои эталонные формы образцов. Выделяются области, в которых возможны остаточные напряжения.

Нормативные документы

Методика проведения механических испытаний, расчетные формулы регламентированы РД 26-11-08-86 (руководящий документ Минхимпрома). Отбор образцов, определение вида исследований производится в соответствии ГОСТ 6996-66. Для различных видов сварки регламентируется толщина контрольных образцов. Оговаривается метод подготовки сварных соединений к испытаниям сварных швов, условия проведения исследований. По результатам проверки составляется протокол, в котором указывается способ проверки образцов.

Преимущества и недостатки метода

Сначала об уникальных возможностях методики:

  • получают данные об эксплуатационных свойствах сварки;
  • изучают механические характеристики соединений;
  • устанавливают расчетные величины для определения максимальных нагрузок (данные необходимы для проектных работ);
  • проверяются возможности диффузного слоя, зоны термического влияния, где возможны внутренние дефекты.

При малых затратах на изучение образцов получают данные, по которым судят о прочностных характеристиках деталей серийного выпуска. Выбирают оптимальный вариант сварки различных сплавов.

Недостатки очевидны. Предполагается разрушение образцов, они не подлежат восстановлению. Такой метод контроля нельзя применять для приемки сварных соединений. Методики нужны для исследований на стадии запуска серий в производство.

Особенность механических испытаний сварных соединений – обязательность разрушения образцов под разнонаправленными нагрузками.

Какие свойства определяют при испытании сварных соединений

В разработанных методиках, утвержденных стандартом, указывается несколько способов испытания сварных швов для определения механических свойств диффузного слоя образцов. Кусочки термически соединенного металла подвергают воздействию разнонаправленных усилий. Определяют, под какой силой возникает деформация по шву. Учитываются:

  • трещины;
  • надрывы;
  • изменения первоначальной формы, линейных размеров.

Отдельно определяются технологически значимые свойства, влияющие на несущую способность, герметичность соединений.

Пластичность

Эксперименты на статическое растяжение определяют податливость диффузного слоя и зоны термического влияния к изменению первоначальной формы под воздействием удлиняющих усилий. От пластичности зависит способность к штамповке с вытягиванием. Показатель удлинения определяется методом измерения образцов до нагрузки и после нее. Расчеты производятся по отношении величины удлинения к первоначальным размерам. Каждую из прочностных характеристик стоит рассмотреть подробно. От каждой из них зависит качество сварки.

Прочность

Для сварных опорных конструкций, испытывающих разнонаправленные напряжения, показатель прочности важен, от него зависит целостность сооружения. Прочностные характеристики определяются:

  • на изгиб, усилия прикладываются до момента критической деформации образца;
  • на усталость, количество циклов с различными нагрузками до разрушения.

Методика определение прочности на изгиб предусматривает три способа исследований:

  • искривление тонкой заготовки вокруг стандартной оправки до параллельности сторон U-образно изогнутого образца;
  • искривление под заданным углом;
  • двухсторонний изгиб до состояния сплющивания сторон.

Ударная вязкость

Динамические исследования на ударный изгиб проводятся с высокой скоростью изменения нагрузки. Соединение проверяется на хрупкость от удара, склонность к деформации или растрескивание. Для исследований готовят образцы с надрезанным шовным валиком. В месте надреза концентрируется напряжение при ударе копром маятникового типа. На основании показаний испытаний рассчитывается ударная вязкость, определяется как отношение работы по отталкиванию концентратора к площади сечения целого образца, до нанесения разреза. Для удобства проведения исследований на маятниковый копер наносится измерительная шкала.

Твердость

Применяются три способа:

  • разработанный Роквеллом предусматривает вылавливание в металл жестких калиброванных образцов: стального шарика, прошедшего процедуру закалки, или алмазного конуса.
  • Шкала Веклера разработана на основе аналогичных испытаний с использованием алмазной пирамидки;
  • способ Бринелля основан на использовании стального шарика большой плотности и твердости.

На твердость стыковое соединение проверяют в двух направлениях:

  • по продольной оси;
  • от центра шва, направляясь к основному металлу сварной заготовки.

По Роквелу определяют твердость швов на тонком металле, листовой стали. По Бринелю и Векслеру – все остальные. Твердость металла зависит от пластичности. Чем тверже получается диффузный слой, тем меньше будет изгибаться. Это говорит о низкой пластичности сварного соединения.

Заключение

Механические испытания применяются для серийного выпуска деталей, из каждой партии берется регламентированное стандартом число деталей, по исследованию одного образца заключение не выдается. Для единичных изделий лучше применять неразрушающий контроль сварных соединений, не повреждающий готовую деталь.

Показания механических испытаний сварных соединений во многом зависят от первоначального состояния сварных заготовок, наличия внутренних дефектов в металле. Поэтому перед определением технических характеристик проводится дефектоскопия заготовок и проверяемых сварных швов.

§ 128. Способы контроля сварочных материалов и сварных соединений. Внешний осмотр и замер размеров швов. Механические испытания.

При выполнении сварочных работ применяют различные способы контроля сварочных материалов и сварных соединений. Эти способы делятся на две группы:

разрушающие (когда сварное соединение приходится разрушать);

неразрушающие (когда сварное соединение не выводится из строя).

В основном на практике стараются применять неразрушающие способы контроля, однако некоторую часть сварных соединений целесообразно подвергать разрушению для получения более надежной и достоверной информации о свойствах выполненных соединений.

Внешний осмотр и замер размеров швов. Этот вид контроля является необходимым и наиболее распространенным при сварке. Внешний осмотр может быть выполнен невооруженным глазом и с помощью увеличительного стекла. Перед внешним осмотром сварные швы должны быть тщательно очищены от шлака, а если необходимо, то и протравлены. Осматривать детали следует как после прихваток, так и после наложения каждого валика. Размеры швов замеряют специальными шаблонами и измерительными приборами непосредственно после сварки.

Внешним осмотром выявляют излом или неперпендикулярность осей соединенных элементов, смещение кромок соединяемых элементов, несоответствие размеров и формы швов (по высоте, катету и ширине шва, по равномерности усиления, чешуйчатости и т. п.), трещины всех видов и направлений, наплывы, подрезы, прожоги, незаваренные кратеры, непровары, пористость и другие дефекты, отсутствие плавных переходов от одного сечения к другому, не-соответствие общих геометрических размеров сварного узла (изделия) требованиям чертежей и технических условий, отсутствие клейм сварщиков или несоответствие клеймения установленным требованиям.

Осматривать необходимо все без исключения сварные соединения. Внешний осмотр и измерение сварных соединений осуществляют в условиях достаточной освещенности объекта контроля.

Механические испытания. Для определения механических свойств одновременно с изделием на тех же технологических режимах сваривают из того же металла пробные пластины или отрезки труб, из которых изготовляют образцы для испытаний (иногда образцы вырезают непосредственно из изделия). Размеры и формы образцов, изготовляемых для механических испытаний, регламентированы ГОСТ 6996-66 (рис. 136).

Рис. 136. Образцы для испытаний механических свойств:

а — наплавленного металла, б — сварного соединения, в — на изгиб, г — на ударную вязкость

Для проверки механических свойств из наплавленного или основного металла изготовляют круглый образец (рис. 136, а), который испытывают на статическое (кратковременное) растяжение на разрывной машине. Одновременно определяют относительное удлинение (в процентах от первоначальной длины образца).

Аналогично проводят механические испытания свойств сварного соединения из пробной пластины или трубы на плоском образце (рис. 136, б).

Пластичность металла шва определяется испытанием сварного соединения на статический изгиб (загиб) на разрывных машинах или под специальным прессом (рис. 136, в). Чем больше угол загиба α, тем выше пластичность; максимальный угол загиба, равный 180°, характеризует хорошую пластичность металла. Образец загибается до образования трещины.

Испытание сварного соединения на ударный разрыв (ударную вязкость) проводят на специальных машинах (маятниковых копрах). Для этой цели изготовляют специальные квадратные образцы с надрезом со стороны раскрытия кромок (рис. 136, г).

Сварное соединение испытывают на твердость обычно на закаливающихся сталях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector