Контроль качества сварных соединений

При осмотре выявляют, как  правило, поверхностные поры, трещины  всех видов и направлений, наплывы, прожоги, свищи, подрезы, незаваренные кратеры, непровары и другие дефекты-несплошности. Качество считается неудовлетворительным, если будут выявленны недопустимые дефекты.

Нормы допустимых дефектов указываются в НТД и приводятся на чертежах изделий. При отсутствии количественных показателей дефектов, контроль производят по эталонам или  контрольным образцам. Такое сравнение  целесообразно при анализе неравномерности  и величины чешуек, зоны цветов побежалости, формы катета угловых швов и т.д.

При выявлении и исправлении  недопустимых дефектов сварные соединения повторно подвергают контролю.

2. Методы капиллярной дефектоскопии

Непроницаемость сварных  швов контролируют следующими методами: капиллярным (керосином), химическим (аммиаком), пузырьковым (воздушным или гидравлическим давлением), вакуумированием или  газоэлектрическими течеискателями.

Разработана и осуществляется специальная программа по внедрению  в сварочное производство современных  средств и методов неразрушающего контроля (акустической эмиссии, голографии, томографии и др.). Дальнейшее развитие получат и традиционные методы неразрушающего контроля. К таким методам относят  радиационную, ультразвуковую, магнитную  и капиллярную дефектоскопию, а  также испытания изделий на герметичность

Контроль керосином основан на физическом явлении капиллярности, которое заключается в способности керосина подниматься по капиллярным ходам - сквозным порам и трещинам. В процессе испытания сварные швы покрываются водным раствором мела с той стороны, которая более доступна для осмотра и выявления дефектов. После высушивания окрашенной поверхности с обратной стороны шов обильно смачивают керосином. Неплотности швов выявляют по наличию на меловом покрытии следов проникшего керосина. Появление отдельных пятен указывает на поры и свищи, полос - сквозных трещин и непроваров в шве. Благодаря высокой проникающей способности керосина обнаруживаются дефекты с поперечным размером 0,1 мм и менее.

Люминесцентный  контроль и контроль методом красок, называемый также капиллярной дефектоскопией, проводят с помощью специальных жидкостей, которые наносят на контролируемую поверхность изделия. Эти жидкости, обладающие большой смачивающей способностью, проникают в мельчайшие поверхностные дефекты - трещины, поры, непровары. Люминесцентный контроль основан на свойстве некоторых веществ светиться под действием ультрафиолетового облучения. Перед контролем поверхности шва и околошовной зоны очищают от шлака и загрязнений, на них наносят слой проникающей жидкости, которая затем удаляется, а изделие просушивается. Для обнаружения дефектов поверхность облучают ультрафиолетовым излучением - в местах дефектов следы жидкости обнаруживаются по свечению.

Контроль методом  красок заключается в том, что на очищенную поверхность сварного соединения наносится смачивающая жидкость, которая под действием капиллярных сил проникает в полость дефектов. После ее удаления на поверхность шва наносится белая краска. Выступающие следы жидкости обозначают места расположения дефектов.

3. Контроль сварных соединений рентгеновскими и гамма-лучами

Метод контроля сварных соединений рентгеновскими и гамма-лучами основан  на различной проницаемости для  коротковолновых электромагнитных колебаний сплошного металла  и различных неоднородности, в  нём находящихся, заполненных шлаками, окислами и газами. Поглощение коротковолновых  лучей металлом значительно сильнее  поглощения их неметаллическими включениями. При рентгеновском контроле применяются  специальные мощные рентгеновские  аппараты для просвечивания металлов: стационарные для испытаний в  лабораторных условиях и передвижные  для испытаний непосредственно  в заводских условиях.

Передвижные рентгеновские  аппараты для контроля качества сварки в заводских условиях изготовляются  обычно на максимальное рабочее напряжение—150—350 кв. Существуют также специальные  рентгеновские аппараты с рабочим  напряжением в 1000 и более киловольт.

В последнее время началось успешное применение особых аппаратов  — бетатронов для получения мощного  особо жёсткого рентгеновского излучения  для целей просвечивания металлов. В бетатроне электроны ускоряются переменным магнитным полем. В сравнительно небольшом бетатроне, потребляющем из сети мощность 26 кет, электроны получают энергию до 20 млн. вольт электронов и создают рентгеновское излучение, достаточное для просвечивания  стали толщиной до 500 мм при времени  экспозиции снимка, измеряемом секундами.

Для защиты обслуживающего персонала от высокого напряжения и  вредного воздействия рентгеновских  лучей передвижные аппараты снабжены специальными приспособлениями, уменьшающими опасность и вредность работы на них. Рентгеновская трубка заключена  в толстостенный свинцовый футляр-бленду, охлаждаемую циркулирующим маслом. Для пропуска рентгеновских лучей бленда имеет боковое окошко, закрытое листовым алюминием.

Наиболее употребительный  на наших заводах рентгеновский аппарат типа РУП-1 может давать на трубку рабочее напряжение до 200 кА при максимальном токе 20 мА Аппарат позволяет просвечивать сталь толщиной до 80 мм, алюминий до 300 мм. Вес аппарата 350 кг. Аппарат питается от нормальной силовой сети переменного тока напряжением 220В. Это напряжение повышается до нужной величины трансформаторами и конденсаторами, встроенными в аппарат, выпрямляется кенотронами, и выпрямленный ток подаётся на рентгеновскую трубку гибкими кабелями с особо прочной резиновой изоляцией, выдерживающей напряжение 200 кВ.

При рентгеновском контроле возможно наблюдать дефекты визуально  на флуоресцирующем экране или фотографировать  их, получая фотоснимок, так называемую рентгенограмму. Визуальный метод обнаружения  дефектов на экране для сварных швов не применяется, дефекты в большинстве  настолько мелки, что на экране не выявляются.

Для получения рентгенограммы пучок рентгеновских лучей направляется на испытываемый сварной шов. С обратной стороны закладывается специальная рентгеновская фотоплёнка с двусторонней чувствительной эмульсией.

Плёнка закладывается  в светонепроницаемую кассету или  пакет из плотной чёрной бумаги. Для сокращения экспозиции плёнка закладывается  между флуоресцирующими экранами и  защищается снизу свинцовым экраном  от вторичных излучений, снижающих  чёткость снимка. Время экспозиции зависит от толщины металла, сорта  фотоплёнки и расстояния трубки от металла, оно определяется по таблицам или, что удобнее, по специальным  диаграммам и колеблется обычно от нескольких минут до получаса. По окончании  экспозиции фотоплёнка обрабатывается, проявляется и фиксируется обычными методами.

Рентгенограмма представляет собой негативное теневое изображение  сварного шва, с прилегающим основным металлом. Всякого рода включения, менее  поглощающие рентгеновские лучи, дают на рентгенограмме местные более  интенсивные почернения по сравнению  с окружающим сплошным металлом. Хороший  рентгеновский снимок выявляет дефекты  величиной от нескольких десятых  долей миллиметра, причём для выявления  дефекта имеет значение главным  образом размер его в направлении  рентгеновского луча.

Непровары выявляются на снимке в виде довольно резкой прямой чёрной линии, трещина даёт обычно извилистую линию; выявляются также поры и шлаковые включения.

Рассматривать нужно всегда подлинную рентгенограмму или отпечаток  с неё на фотоплёнке, так как  отпечаток на бумаге не передаёт многие тонких подробностей рентгенограммы и  не может служить для надёжной оценки сварного шва. Полученную рентгенограмму сравнивают с типовыми рентгенограммами для данного изделия.

По характеру рентгенограмм  сварные швы обычно разделяют  на три группы: плохие (бракуются), удовлетворительные (могут быть приняты) и хорошие (подлежат безусловной приёмке). Совершенно не допускаются трещины, поэтому наличие  трещин, хотя бы мелких, переводит шов  в группу плохих.

В минимальных размерах, определяемых условиями приёмки, допускаются  частичные непровары . Шлаковые включения  и поры в ограниченных пределах, определяемых условиями приёмки, считаются  допустимыми.

Рентгеновский контроль получил  широкое применение на наших заводах  и для ряда ответственных изделий, например подлежащих приёмке инспекцией Котлонадзора, является обязательным.

Рентгеновский контроль ввиду  расхода фотоматериалов и довольно значительного времени экспозиции снимка обходится сравнительно дорого, поэтому обычно просвечиваются не все  швы на всём протяжении, а лишь отдельные их участки. Выбор мест для съёмки рентгенограмм и общая протяжённость участков шва, подлежащих рентгенографированию , определяется условиями приёмки. Обычно рентгенографируются 10—15% общей длины швов. Минимальная величина дефекта в направлении рентгеновского луча, выявляемого рентгенограммой, составляет около 2% толщины просвечиваемого материала.

Рентгеновский аппарат требует  наличия переменного тока и, кроме  того, довольно громоздок, поэтому в  ряде случаев, например в полевых  условиях, применение рентгеновского контроля затруднительно. Поэтому представляет большой интерес контроль сварных  швов гамма-лучами-радиоактивных веществ.

Гамма-лучи, испускаемые  некоторыми радиоактивными веществами, являются электромагнитным излучением, по своей природе близким к  рентгеновским лучам. Гамма-лучи имеют  малую длину волны, обладают большой  жёсткостью и при просвечивании  меньше поглощаются металлом, чем  рентгеновские лучи от обычных аппаратов.

Средняя длина волны и  жёсткость рентгеновских лучей  зависят от напряжения, подаваемого  на рентгеновскую трубку; с увеличением  напряжения, длина волны уменьшается  а жёсткость возрастает. При напряжении 150—200 кв средняя длина волны рентгеновских  лучей равна 0,1 ангстрема, что достаточно для просвечивания стали толщиной до 50 мм. Средняя длина волны гамма-лучей  равна 0,01 ангстрема, что достаточно для просвечивания стали толщиной до 300 мм и соответствует длине  рентгеновских лучей при напряжении на трубке около 2000 кв. Принципиальная возможность применения гамма-лучей  для просвечивания металлов с  целью контроля качества и выявления  всякого рода дефектов и включений  известна давно. Но снимки, получаемые посредством гамма-лучей, так называемые радиограммы, получались столь низкого  качества, что практически гамма-лучи были пригодны для выявления лишь очень крупных дефектов, например больших раковин и непригодны для контроля сварных швов, дефекты которых отличаются малыми размерами.

За последние годы техника  применения гамма-лучей для контроля сварных швов значительно усовершенствована, главным образом трудами С. Т. Назарова, и в настоящее время  гамма-лучи представляют надёжное средство контроля сварки и широко применяются  в нашей промышленности.

Источниками получения гамма-лучей  могут служить препараты радия, газообразная эманация радия и различные  радиоактивные вещества. Препараты  радия слишком дороги и дефицитны  для целей технического контроля. Эманация радия обладает слишком  малой продолжительностью жизни; период полураспада её — около грех дней, что делает применение её неудобным.

Целесообразно применение радиоактивного препарата радия-мезотория, производимого нашей промышленностью в достаточном количестве и обладающего периодом полураспада около 25 лет. Для контроля сварных швов достаточно количество радия-мезотория, отвечающее эквиваленту радия 100—150 ме .

Радиоактивный препарат помещается в ампулу — запаянную стеклянную трубочку диаметром около 3 мм. Препарат упаковывается в ампулу по возможности  плотно, а для получения более  чёткого фотоснимка источнику излучения  придаётся точечный характер. Для  защиты от повреждений стеклянная ампула помещается в латунную гильзу. При  хранении латунная гильза находится  в толстостенном свинцовом контейнере весом около 20 кг., заключённом в  металлическом футляре с ручкой для переноски. При работе гильза с ампулой вынимается из контейнера щипцами длиной не менее 1,5 м. Однако и ампула радий-мезотория для  просвечивания металлов достаточно дорога.

Успехи физики последнего времени позволили дёшево и в  значительных количествах изготовлять  искусственные радиоактивные препараты, пригодные для технических применений, в том числе для просвечивания металлов. Примером таких препаратов может служить радиоактивный изотоп кобальта Со6О, имеющий атомный вес 60. Появление доступных дешёвых искусственных радиоактивных препаратов открывает широкие перспективы промышленного применения гамма-лучей для просвечивания металлов, в частности сварных соединений.

Следует помнить, что как  рентгеновские, так, в особенности, гамма-лучи чрезвычайно опасны для  человеческого организма, поэтому  при работе с ними нужно строго соблюдать установленные правила  безопасности.

Для снятия радиограммы ампула устанавливается на специальную  подставку, а с противоположной  стороны изделия, так же, как и  при рентгенографировании , закрепляется фотоплёнка с усиливающими и фильтрующими экранами. Ввиду маломощности гамма-излучения  от ампулы нормальных размеров, время  экспозиции обычно довольно значительно  и доходит до 2—3 час. Полученный снимок — радиограмма проявляется  и фиксируется обычным порядком.

Современная техника радиографирования  даёт возможность выявлять примерно те же дефекты, которые выявляются рентгеновским  исследованием, но полученная радиограмма  отличается от хорошей рентгенограммы значительно меньшей чёткостью  и контрастностью, так что рассмотрение радиограмм и выявление дефектов на них требует некоторого навыка.