Качество сварных соединений: методы контроля

Качество сварных соединений является ключевым параметром, по которому оценивают пригодность к эксплуатации всего изделия. Ошибочно полагать, что на него влияет только мастерство сварщика, не меньшее значение имеют состояние оборудования и пригодность материала для работ.

Существуют различные способы организации контроля качества сварных соединений, наиболее популярными из которых являются методы разрушающего и неразрушающего контроля. В нашей статье мы расскажем, что входит в понятие качества сварки, как организуется проверка и разберем актуальные способы ее проведения.

Определение качества сварных соединений

Обеспечение высококачественных эксплуатационных и технических характеристик изделия возможно только при точном соблюдении последовательности операций технологического процесса. Важная роль при этом будет отведена различным способам объективного контроля как отдельных производственных операций, так и готового изделия. 

Правильная организация технологического процесса подразумевает операцию контроля как неотъемлемую его часть. Обнаружение отклонений является сигналом не только для отбраковки изделий, но и для немедленной корректировки технологического процесса.

Проверка необходима на каждом этапе изготовления сварных конструкций. Помимо этого, периодически следует проверять и состояние приспособлений с оборудованием. Предварительный контроль включает в себя проверку качества основных и вспомогательных материалов, определяется их соответствие техническим условиям и чертежу.

После завершения нарезки заготовок необходимо визуально проверить качество поверхности и внешний вид детали, наличие забоин, трещин, заусенцев и подобных дефектов, а также измерить с помощью универсальных и специальных инструментов, контрольных приспособлений и шаблонов. Особое внимание следует придавать контролю качества сварных соединений. Для проверки геометрии кромок, предназначенных для сварки плавлением, используют специальные шаблоны, а качество подготовленных поверхностей контролируется специальными микрометрами или оптическими приборами.

На этапе сборки и прихватки проверяют отсутствие прожогов, трещин, размер и расположение прихваток, величину зазоров, правильность взаиморасположения деталей и другие дефекты в местах прихваток. Чаще всего качество прихватки и сборки контролируют при обмере или визуальном осмотре.

Текущий контроль за выполнением сварки является самой ответственной операцией, включающей в себя две задачи: проверка правильности выполнения самих процессов сварки либо соответствия заданным параметрам готового изделия.

Факторы, влияющие на качество сварных соединений

Помимо выполнения шва и соблюдения технологий, прочностные характеристики сварного соединения связаны и с другими факторами:

• Качество свариваемого материала. Несоответствие металла требуемым характеристикам даже при правильном выполнении шва может негативно отразиться на прочности соединения.
• Не менее строгие требования предъявляются и к применяемым расходным материалам, используемым при сварочных работах. Использование низкокачественных присадок или электродов не позволит сделать правильное прочное соединение из-за появления в структуре самого металла ломкости, хрупкости и т. д.
• Оборудование, используемое для сварочных работ, должно обладать соответствующей мощностью и быть применимым к требуемой технологии (к примеру, аргонодуговой сварке).
• Надежность соединения деталей (их качество провара) можно достигнуть только при правильном выборе режимов сварки (полярности и силы тока).
• Подготовка для сварки самих заготовок является не менее важной операцией. Даже незначительное отклонение формы кромок стыков может существенно снизить качество и нарушить форму шва.

Все перечисленные моменты следует учитывать при планировании работы, особенно если это касается важных и ответственных конструкций.

Методы неразрушающего контроля качества сварных соединений

Визуальный контроль качества сварных соединений

Любой вид контроля качества сварных соединений должен начинаться с простого осмотра. Чаще всего этого вполне достаточно, чтобы увидеть внешние или внутренние пробелы. Помимо этого, такая процедура выполняется без использования специального оборудования. Например, различная высота стыкового соединения, скорее всего, происходит из-за некачественно обработанных поверхностей. Поэтому перед осмотром необходимо все швы тщательно зачистить от пыли, окалин, металлических брызг и грязи.

Внешний осмотр является самым простым и эффективным методом контроля качества сварных соединений, который позволяет обнаруживать поры, трещины и наплывы. Более качественную проверку можно выполнить только с помощью специальных устройств, например, лупы при ярком освещении. Увеличительное стекло повышает эффективность обнаружения мельчайших трещин и пор.

Радиационный метод для проверки качества сварных соединений

Такую методику контроля шва можно произвести двумя способами:

• используя рентгеновские лучи;
• при помощи гамма-излучения.

Проверка качества сварных соединений деталей при помощи рентгеновских лучей является наиболее простым методом. Суть технологии – лучи рентгена проходят сквозь металлическое изделие, а вся информация о структуре металла отражается на фотопленке. Снимок может отразить даже скрытые дефекты. С помощью такого излучения можно обнаружить шлаковые включения, газовые поры, смещение кромок и подобные дефекты.

Методика проверки качества сварных соединений гамма-излучением имеет аналогичный принцип действия, только еще добавляются следующие преимущества:

• долгое время не снижается работоспособность изотопов;
• есть возможность проникновения в конструкции сложного типа;
• обладает свойством повышенной проницаемости излучения;
• технология проводится на более простом и компактном оборудовании.

Необходимо помнить, что излучения такого типа представляют большую опасность для здоровья человека. Поэтому такие работы могут выполняться только опытными специалистами в защитном снаряжении. А защиту рабочего места можно обеспечить при помощи свинцовых пластин, экранов и подобных средств.

Ультразвуковой метод контроля качества сварных соединений

Метод дефектоскопии с помощью ультразвука позволяет обнаружить такие скрытые дефекты, которые можно определить только при отражении ультразвуковых волн от границ сред с разными свойствами. Проще говоря, специальным прибором посылается сигнал, а после достижения материала, он возвращается назад. Но если на его траектории появится какой-то дефект, то он станет отражаться на целостности волны, что и зафиксирует оборудование. Разным изъянам свойственен определенный сигнал, поэтому обнаружить причину и характер дефекта несложно. 

Такая технология позволяет выявить не только внешние, но и скрытые изъяны.

Методика магнитного исследования качества сварных соединений

В основе такого метода заложен принцип воздействия силовых магнитных линий, реагирующих на любые виды изменений в металлическом сплаве. Специальное оборудование для определения подобных погрешностей позволяет обнаружить дефекты не только на поверхности металла, но и внутри него. Однако такая технология используется только для сплавов, имеющих ферромагнитные свойства, а для других типов материалов она не предназначена.

Капиллярная методика контроля качества сварных соединений

Основу способа составляет применение особых свойств жидкостей, имеющих низкий коэффициент поверхностного натяжения. Такие жидкие составы не могут существовать в форме отдельных капель, поэтому всегда находятся только в текучем состоянии, заполняя собой маленькие канавки и отверстия. Благодаря такому свойству легко определяются дефекты на металлических поверхностях.

Процесс состоит в нанесении на сварочный шов особого состава, который сразу же заполняет любые изъяны. Затем сварное соединение тщательным образом осматривают. Для повышения визуализации в жидкость добавляют красители.

Контроль проницаемости

Метод является логическим продолжением капиллярного. Основан на применении специальных жидкостей, которые позволяют обнаружить сквозные участки сварного соединения.

Для этого обычным керосином обильно смачивается шов. С противоположной стороны появляются мокрые пятна, показывающие наличие сквозных трещин.

Неважно, где выполняются работы: дома или в заводских условиях. Без контроля качества сварного соединения ни одно изделие не должно выпускаться в эксплуатацию.

Разрушающие способы контроля сварных соединений

К ним относятся специальные и механические испытания, металлографические исследования для определения уровня качества сварных соединений.

Для проведения таких испытаний используются сварные образцы, вырезаемые из опытного изделия, или специально сваренные контрольные соединения – технологические пробы, выполненные по требованиям и технологии сварки изделия.

Основные функции испытаний:

• оценить надежность и прочность конструкций и сварных соединений;
• определить качество основного и присадочного материала;
• убедиться в правильности используемой технологии;
• выявить уровень квалификации сварщиков.

Оценка качества сварных соединений производится методом сравнения полученного шва с характеристиками свариваемого металла. При отклонении результатов от заданных параметров их считают неудовлетворительными.

Контрольные образцы для механических испытаний должны соответствовать определенным размерам и формам.

Прочность сварных соединений определяется при помощи метода испытаний на статическое растяжение. Пластичность соединения проверяется при испытании на статический изгиб, в процессе которого производится замер величины угла изгиба до появления первой трещины в растягивающейся зоне.

При испытаниях на статический изгиб используют образцы с поперечными и продольными швами со снятым усилением шва вровень с поверхностью основного металла. Методом проверки на ударный изгиб и разрыв определяется ударная вязкость сварочного шва. Твердость определяется по результатам структурных изменений и степени подкалки металла при резком охлаждении сварного соединения.

Главная функция металлографических испытаний состоит в установлении качества сварного соединения и структуры металла, выявлении характера и наличия дефектов. Металлографические исследования подразделяются на микро- и макроструктурный варианты анализа сварных соединений:

• Макроструктурный метод предполагает визуальное обследование металлических изломов или макрошлифов при помощи лупы. Такой способ позволяет определить характер и расположение видимых дефектов в разных зонах сварных соединений.
• Микроструктурный анализ позволяет с помощью оптических микроскопов изучить структуру металла при ее увеличении от 50 до 2 000 раз. Метод используется для определения пор, микроскопических трещин, величины зерен, качества металла и изменения его состава, засоренности шва неметаллическими включениями, пережогов металла, наличия оксидов и некоторых других нарушений структуры.

В методику изготовления шлифов для металлографических исследований входят такие операции как шлифовка, травление и полировка поверхности металла специальными травящими веществами, вырезка образцов из сварных испытываемых швов.

В состав исследований качества сварных соединений металлографическим способом также входят измерения твердости и при необходимости химического анализа структуры металла сварного шва. С помощью специальных испытаний определяют следующие характеристики сварных соединений при использовании в условиях эксплуатации конструкций сварного типа:

• усталостная прочность при циклических нагрузках;
• коррозионная стойкость конструкции при ее эксплуатации в агрессивных средах;
• коэффициент ползучести условиях эксплуатации с повышенными температурами и др.

Поимо этого, используют и методы контроля качества сварных соединений с разрушением всей конструкции. При испытаниях такого типа определяют способность конструкции выдержать заданную расчетную нагрузку и необходимую нагрузку для ее разрушения, то есть определяется фактический запас прочности.

При проведении испытаний методом разрушения необходимо использовать такие нагрузки, которые будут применяться во время эксплуатации изделия. Количество изделий, предназначенных для проведения испытаний методом разрушения, регламентируется техническими условиями и зависит от степени их важности, технологической оснащенности конструкции и системы организации производственного процесса.

Специалист, занимающийся контролем качества сварных соединений металлических конструкций, должен относиться к своим обязанностям с полной ответственностью. От его профессиональных навыков и внимательного отношения к процессу зависит срок службы изделия и его функциональность. Фиксировать следует любые отклонения от нормы, которые можно продиагностировать. Для получения максимально понятной картины следует использовать комбинацию нескольких методов проверки качества сварных соединений.