14 мая 2021 года

Группа 203

Предмет :"Техника и технология ручной дуговой сварки в среде защитных газов "

Тема занятия :"Ручная дуговая кислородная резка"

 

Глава IV. Кислородно-дуговая резка

Кислородно-дуговой способ резки основан на сжигании стали по линии реза струей кислорода при одновременном действии электрической дуги. Особенности процесса кислородно-дуговой резки определяются характером дугового разряда и схемой взаимного расположения дуги и режущей струи [43]. Менее важное значение имеют характер сопла режущего кислорода и материал электрода. Возможны следующие разновидности этих признаков.

Характер дуги:

а) дуга прямого действия;

б) дуга косвенного действия.

2. Схемы взаимодействия режущей струи и источника нагрева:

а) последовательный нагрев: режущая струя следует за дугой (фиг. 64, а);

б) концентрический нагрев: дуга перемещается вокруг неподвижной струи кислорода или вокруг струи располагается несколько дуг (фиг. 64, б);

в) центральный нагрев: режущая струя образует столб дуги (фиг. 64, в).

3. Характер режущего сопла: а) постоянное сопло;

б) непостоянное сопло (трубка), разрушаемое по мере расходования электрода.

4. Материал электродов:

а) неплавящийся электрод;

б) плавящийся электрод.

Фиг. 64. Схемы расположения дуги и струи при кислородно-дуговой резке: а - последовательная; б - концентрическая; в - центральная; 1 - дуга; 2 - кислородная струя

Дуга косвенного действия нагревает металл в результате теплообмена между потоком плазмы разряда и поверхностью разрезаемой детали. Большая часть энергии независимого дугового разряда поглощается электродами, в связи с чем эффективная мощность независимой дуги невысока и в большинстве случаев составляет меньший процент от потребляемой электрической мощности, чем эффективная мощность пламени газо-кислородной смеси по отношению к его полной мощности. Исключение мог бы составить процесс резки по схеме центрального нагрева, осуществляемый сформированной цилиндрической струей кислорода, находящегося в состоянии плазмы. Как было указано выше, эффективные мощности и к. п. д. плазменного нагрева превосходят соответствующие характеристики газопламенного. Однако использование кислорода в качестве рабочего газа в плазмо-генераторе резко осложняет условия работы электродов. Осуществление на практике схемы центрального кислородно-плазменного нагрева требует изыскания специальных электродных материалов, не чувствительных к кислороду при высоких температурах, свойственных дуговому разряду, или другого рационального решения.

Наиболее целесообразным в энергетическом отношении является электрический дуговой разряд прямого действия, введение тепла которым более эффективно и сосредоточенно, чем независимой дугой и газо-кислородным пламенем. Прямая дуга, как правило, характеризуется активным плавящим действием и практически мгновенно вызывает образование расплавленной ванны на поверхности металла, служащего одним из электродов. Плавящее действие дуги при этом дополняет реакцию окисления металла. Следовательно, по природе энергии, обеспечивающей разъединение металла, кислородно-дуговой способ является способом теплохимическим. В энергетическом уравнении (6) этого процесса q = q_р + q₀ + q_м теплота источника складывается из теплоты, вводимой дуговым разрядом qg, и теплоты, выделяющейся в результате химической реакции окисления q_x. При резке стали или использовании стальных электродов уравнение (6) может быть записано в виде

q = 0,24ηIU + η_хg . 0,01 (αq_FeO + βq_Fe3O4) кал/сек. (52)

Большое значение для определения сущности процесса имеет следующее: преобладает ли в кислородно-дуговом процессе химическое взаимодействие или он происходит за счет выплавления металла дугой; струя кислорода при этом играет подчиненную роль механического агента, ускоряющего удаление расплавленного металла.

Полученные автором данные о химическом анализе продуктов кислородно-дуговой резки малоуглеродистой стали (табл. 25) показывают, что действие электрической дуги играет при этом не только вспомогательную, но и самостоятельную роль. Используя резку по схеме последовательного нагрева и регулируя расстояние между неплавящимея угольным стержневым электродом и кислородным соплом, можно получить состав шлаков, соответствующий шлакам, полученным при кислородной резке. При уменьшении этого расстояния заметно возрастает доля неокисленного железа в шлаке.

Таблица 25

Состав продуктов резки сталей

Метод резки	Толщина разрезаемой стали в мм	Содержание в продуктах резки в %			Примечания
		Fe	FeO	Fe3O4
Дуговая	10	70,4	0,4	29,2	По данным [44]
Кислородная с электродуговым нагревом	10	24,4	53,4	22,2	Между дугой и соплом 20 мм. Скорость резки 225 мм/мин. Давление кислорода 6 кГ/см2. Диаметр сопла 1,4 мм
То же	10	56,7	31,7	11,6	Между дугой и соплом 14 мм. Скорость резки 225 мм/мин. Давление кислорода 6 кГ/см2. Диаметр сопла 1,4 мм

Особенно много неокисленного металла содержат продукты резки трубчатыми электродами (табл. 26). Очевидно, при этом в верхней части реза кислородная струя обеспечивает механическое удаление жидкого металла, расплавленного дугой. Процесс окисления развивается лишь на некоторой глубине от поверхности, интенсифицируясь с ростом толщины стали и расходом кислорода и ослабляясь с увеличением величины рабочего тока. Доля неокисленного железа в шлаке превышает 50%; продукты резки по составу приближаются к продуктам резки дугой без подачи газа.

Таблица 26

Состав продуктов резки стали стальными трубчатыми электродами

Толщина разрезаемой стали в мм	Диаметр сопла в мм	Давление кислорода в кГ/см2	Рабочий ток в а	Содержание в продуктах резки в %
				Fe	FeO	Fe3O4	Минеральные примеси
16	2,7	5	200	42	9,5	47	1,5
16	2,7	5	270	51	4	43	2
16	2,7	3	270	59,5	4	35	1,5
32	2,7	5	270	48	6	45	1

Наибольшее распространение получил метод кислородно-дуговой резки по схеме "концентрического нагрева", реализуемый с помощью трубчатых электродов. Этот процесс с успехом используют в подводном судоремонте, при аварийно-спасательных операциях, судоподъеме и подводно-технических работах, где к источнику тепла при резке предъявляются особенно высокие требования.

В настоящее время для подводной кислородно-дуговой резки можно использовать металлические трубчатые электроды или электроды, изготовленные из неметаллических тугоплавких материалов, стойких против окисления. Металлические электроды изготовляют, как правило, из малоуглеродистой стали. Корпус электрода представляет собой толстостенную трубку. Для подводной резки обычно применяют трубку с наружным диаметром 6 - 10 мм. Диаметр кислородного канала равен 1,5 - 4 мм; нормальная длина режущего электрода 300 - 450 мм. На рабочую часть электрода на участке длиной 250 - 430 мм наносят покрытие (минеральная обмазка, обертка лентой и т. п.), защищаемое водоупорным предохранительным слоем. Свободный конец электрода служит для укрепления его в специальном электрододержателе, обеспечивающем одновременный подвод к электроду тока и кислорода. Быстрое расплавление электрода и малый срок его службы являются основными недостатками стальных трубок. Поскольку электрод расплавляется за 1 - 1,5 мин, вспомогательное время, затрачиваемое на смену электрода под водой, как правило, превышает чистое время резки. При этом резко снижается производительность, а высокая стоимость толстостенных трубок обусловливает низкую экономическую эффективность обработки. Более длительным сроком службы характеризуются неметаллические трубчатые электроды. Обычно их изготовляют из керамических материалов методом прессования и последующего спекания. В качестве исходных продуктов обычно используют тугоплавкие карбиды или их смеси. По способу, разработанному Московским электромеханическим институтом инженеров транспорта, изготовление таких электродов производится из карборундовой шихты на бакелитовой связке с последующим обжигом заготовок в газовой фазе парообразного кремния. При этом устраняется пористость электрода за счет заполнения пустот парами кремния и их последующей конденсации. Карбид кремния относится к материалам, плохо проводящим ток в холодном состоянии, но повышающим свою проводимость в результате нагревания. Для подвода тока к дуге карборундовые электроды снабжают наружной металлической (стальной) оболочкой. Слой стали толщиной около 1 мм наносят обычно металлизацией. При возбуждении дуги ток к рабочему торцу электрода подводится по металлической оболочке. По мере разогрева прилегающих участков карборунда на них смещается основание дугового разряда.

Если электроды изготовляют из других карбидов или других тугоплавких соединений, хорошо проводящих ток, то нанесения металлической оболочки не требуется. Во всех случаях керамические электроды покрывают стабилизирующей обмазкой и гидроизоляцией.

Резку можно начинать с кромки детали и в средней ее части. Для этого, возбудив дугу и затем подводя электрод к металлу, прожигают начальное отверстие, после чего, перемещая электрод в заданном направлении, производят резку. Полноту прорезания металла в ходе резки контролируют по характеру удаления расплавленных шлаков, струя которых при образовании сквозного реза вытекает с нижней стороны разрезаемой детали.

Кислородно-дуговую резку можно выполнять, пользуясь одним из трех технологических приемов: поддержанием дуги, углублением электрода или опиранием электрода. Техника резки поддержанием дуги заключается в удержании конца электрода на весу на расстоянии 1 - 2 мм от поверхности разрезаемой детали. При этом электрод держат под прямым углом к поверхности и равномерно перемещают вдоль намеченной линии реза. Поскольку устойчивость дуги, поддерживаемой в воде от руки, низкая, а эффективный к. п. д. незащищенной дуги невысокий, технику "поддержания дуги" применяют только при резке тонкой стали неметаллическими электродами.

Стальные детали толщиной 30 мм и более, а также детали из других металлов режут, используя технику углубления электрода, аналогичную методу последовательного выплавления металла, применяемому при дуговой электрической резке. Для этого, возбудив дугу, углубляют конец электрода на 2 - 3 мм в полость реза и, отклонив его на 15 - 20° от вертикали в сторону, противоположную направлению резки, пилообразно перемещают дугу по лобовой кромке реза от верхней плоскости детали к нижней и обратно.

Производительность резки, выполняемой по такой схеме, невысока, но при этом обеспечивается надежное прорезание обрабатываемых элементов. Резку углублением электрода можно производить стальными и неметаллическими трубками.

При использовании покрытых стальных электродов целесообразнее резать металл опиранием электрода. Этот способ обеспечивает существенное ускорение процесса и повышение устойчивости дуги. Если толщина слоя обмазки достаточна для образования "козырька" на конце электрода, слегка выступающего вперед при его расплавлении, то после возбуждения дуги можно приблизить рабочий конец электрода к поверхности разрезаемого металла так, чтобы он опирался о нее козырьком. Задержав электрод в начальной точке реза до полного прорезания металла, постепенно перемещают его по намеченному направлению так, чтобы его козырек все время скользил по поверхности металла, не углубляясь в рез. При этом для удобства электрод можно установить под углом 15 - 20° по направлению резки. При достаточном навыке резчика (при резке опиранием) удается разрезать не только стальные листы, но и пакетные сварные и клепаные элементы, суммарная толщина которых равна 100 - 120 мм, что имеет существенное значение при обработке конструкций подводной резкой. Пользуясь этим методом, удается прорезать пакеты со значительными (3 - 5 мм и более) зазорами между листами, если эти зазоры не заполнены негорящими неплавящимися веществами.

Таблица 27

Режимы подводной кислородно-дуговой резки стали (глубина 10 м)

Толщина разрезаемой стали в мм	Рабочий ток в а	Рабочее давление кислорода в кГ/см2	Скорость резки в м/ч
5	320	4	56,5
8	320	5	43
16	330	5	34
20	330	6	31
25	340	6	22
40	360	6	13
50	360	6	10
80	360	6	6

Скорость и надежность прорезания при кислородно-дуговой резке опиранием стальных пакетных элементов могут быть повышены при использовании для резки электродов с каналами большого диаметра. При этом целесообразно увеличить все проходные сечения кислородопровода. Целесообразно также пользоваться электродами с увеличенным металлическим сечением, так как это облегчает прорезание зазоров между листами пакета. Одновременно необходимо питать дугу более сильными токами, поскольку при понижении плотности тока устойчивость режущего разряда снижается. Верхний предел металлического сечения электрода ограничивается потерей устойчивости дуги. Работа на повышенных токе и давлении кислорода выгодна как с точки зрения улучшения прорезаемости пакета, так и для ускорения резки сплошных тел значительной толщины, однако повышение рабочего давления кислорода выше 7 - 8 кГ/см² малоэффективно (давление указано для работы на глубине до 10 м). При резке на большей глубине на каждые последующие 10 м давление увеличивают на 1 кГ/см². Величина скорости кислородно-дуговой резки пакетного элемента методом опирания достигает величины скорости резки монолитного металла равной толщины (табл. 27). Расположение зазора по толщине пакета не оказывает существенного влияния на возможность его прорезания. Разрезая пакетные элементы, можно сочетать высокопроизводительный способ резки опиранием с техникой углубления электрода. К последней целесообразно прибегать при наличии очень больших, сильно загрязненных зазоров между листами пакета, когда при резке опиранием не удается обеспечить полного прорезания даже при очень медленном перемещении электрода. Переход от одной техники резки к другой не требует специальных приготовлений и может быть осуществлен при возникновении надобности [45].

Подводную резку трубчатыми электродами осуществляют до настоящего времени, как правило, вручную. Комплект аппаратуры состоит из источника тока, источника кислорода, резака (электрододержателя), аппаратуры регулирования и управления и комплекта проводов и шлангов. Для питания дуги при резке используют обычно постоянный ток. В качестве источника тока применяют стандартные сварочные преобразователи с повышенным напряжением холостого хода. В последнее время в отечественной технике получили распространение электрододержатели ЭКД-4. Разработаны усовершенствованные модели ЭКД-4М, ЭКД-4-60 [46].

Кислородно-дуговая резка трубчатыми электродами под названием "способ Аркос-Оксимарк" получила применение в США. ФРГ и некоторых других странах для резки чугуна, нержавеющей стали и цветных металлов в обычных условиях. Применение этого способа основано на том, что увлекаемые струей кислорода капли металла электрода, сгорая в ней, вносят в рез большое количество теплоты, необходимой для резки металлов, обладающих высокой теплопроводностью или образующих тугоплавкие окислы. Вместе с тем при резке чугуна и нержавеющих сталей электродный металл, смешиваясь с расплавленной ванной, снижает содержание в ней углерода и других легирующих элементов.

Фиг. 65. Кислородно-дуговая резка трубчатым электродом

Для резки используют покрытые обмазкой электроды из малоуглеродистой стали с наружным диаметром 5 - 8 мм и каналом диаметром 1 - 3,5 мм. Электрод укрепляют в специальном электрододержателе, обеспечивающем подвод тока и кислорода (фиг. 65). Режущую дугу питают постоянным или переменным током (табл. 28).

Таблица 28

Характеристика кислородно-дуговой резки по методу "Оксиарк"

Разрезаемый металл	Толщина в мм	Диаметр электрода в мм		Величина рабочего тока в а	Давление кислорода в кК/см2	Скорость резки в м/ч	Расход кислорода в м3/м	Примечание
		наружный	внутренний
Многоуглеродистая	5	5	1	110	3,5	51	0,045	Непрерывная резка
	10	5	1,5	110	5,5	55	0,06
	20	5	1,5	140	6,5	37,5	0,115
	40	5	2	140	6	23	0,34
	100	7	3	430	7	13,5	1,6
Хромо-никелевая сталь	3	5	1	210	1,5	52	0,062	Непрерывная резка. Пилообразная резка
	10	5	1	220	2,5	26	0,18
	20	5	1	220	2,5	12	0,4
	40	5	1	220	2,5	4,2	0,8
	100	7	2	300	3,5	2,7	4
Бронза, латунь	3	5	1	210	2,5	53	0,068	Непрерывная резка. Пилообразная резка
	10	5	1	220	3	21	0,2
	20	5	1	300	2	6	0,25
	40	5	1	300	2	3	0,5
	100	7	2	480	0,8	1,2	1,3
Медь	5	5	1	300	3	33	0,125	Непрерывная резка. Пилообразная резка
	10	7	2	500	3	15	0,325
	25	7	25	660	3,5	9	1,2
Алюминий	5	5	1	190	1,5	29,5	0,11	Непрерывная резка
	10	5	1	220	2,5	28,5	0,165
	25	5	1	260	2,5	19	0,25

Техника же резки в этом случае аналогична той, которая описана применительно к подводным работам. Металл толщиной до 10 мм режут, используя технику резки опиранием. Более толстые листы и детали разрезают путем углубления электрода в рез и пилообразного перемещения его конца внутри реза от верхней поверхности детали к нижней и обратно.

Резка кислородно-дуговым методом достаточно производительная, но кольцевое распределение дугового разряда прямого действия при использовании трубчатых электродов обусловливает пониженное качество реза: сильно оплавляются боковые кромки и загрязняется рез.

Вместе с тем трубчатые электроды дороги, сложны в изготовлении и расходуются очень быстро. В связи с этим кислородно-дуговая резка трубчатыми электродами целесообразна лишь при выполнении небольших работ по резке нержавеющих сталей, чугуна и цветных металлов.

ВНИИАВТОГЕН в 1955 г. разработал способ и аппаратуру для ручной кислородно-дуговой резки, предусматривающие использование обычных стержневых электродов. При этом резчик управляет процессом с помощью обеих рук. Резак РГД выполнен в виде кислородной приставки к обычному сварочному электрододержателю. Во время резки резак держат левой рукой, а правой управляют держателем с электродом, конец которого пропускают через отверстие в направляющей втулке резака (фиг. 66). После возбуждения дуги нажатием рычага кислородного клапана на рукоятке резака подают кислород и, равномерно перемещая резак по намеченной линии, производят резку. Для наблюдения за процессом резки на резаке укреплен защитный щиток. С целью стабилизации процесса резки резак может быть укомплектован специальным соплом. Дугу при этом используют лишь для начала резки. Сопутствующий подогрев является не обязательным.

Фиг. 66. Кислородно-дуговая резка резаком РГД

При резке резаком РГД полностью используется весь комплект электросварочной аппаратуры постоянного или переменного тока. Сварочную аппаратуру необходимо дополнить только кислородным баллоном с редуктором и резательной приставкой со шлангом (фиг. 67). Это очень удобно для выполнения подсобной резки при электросварочных работах, так как для перехода от сварки к резке и наоборот не требуется менять электрододержатель, электрод и даже установленный режим.

Пользуясь резаком РГД, можно выполнять короткие прямолинейные резы стали толщиной до 50 мм. Качество реза может быть получено близким к качеству ручного пламенно-кислородного реза, скорость резки также сопоставима с величинами, получаемыми при пламенно-кислородной резке. Разумеется, нельзя при этом считать, что кислородно-дуговая резка является полноценным заменителем пламенно-кислородной. Управление процессом при этом сложнее, резак неудобен для выполнения контурных резов, а расход кислорода несколько повышенный по сравнению с расходом при пламенно-кислородной резке.

Фиг. 67. Схема соединения аппаратуры для резки резаком РГД: 1 - сварочный трансформатор; 2 - дроссель; 3 - рубильник; 4 - сварочный кабель; 5 - электрододержатель: 6 - электрод; 7 - резак; 8 - шланг; 9 - баллон с кислородом; 10 - редуктор

В заключение следует отметить, что и в подводных работах предпринимаются попытки применить кислородно-дуговую резку по схеме последовательного нагрева. ВНИИЭСО разработана контрукция полуавтоматического резака, имеющего кислородное сопло и мундштук для проволочного электрода. Проволока подается по шлангу с помощью подающего механизма из бухты. То и другое размещено в затапливаемом бункере. Головка резака имеет специальную конструкцию, обеспечивающую подачу режущей струи в фокус активного пятна дугового разряда. При резке таким полуавтоматическим резаком удается получить приемлемую производительность и качество реза.

Толщина стали в мм	10	15	25	40
Производительность резки в м/ч	10	7	2,5	1,5

13 мая 2021 года

Группа 203

Предмет :"Контроль качества сварочных швов"

Тема занятия :"Порядок испытания сварочных швов при различных видах контроля"

 

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.

Содержание

• 1 Методы проверки
• 2 Внешний осмотр
• 3 Капиллярный метод
• 4 Проверка сварных соединений на проницаемость
  • 4.1 Пневматический способ
  • 4.2 Гидравлический способ
• 5 Магнитная дефектоскопия
• 6 Ультразвуковая дефектоскопия
• 7 Радиационный метод
• 8 Оформление документации

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.

13 мая 2021 года

Группа 203

Предмет :"Контроль качества сварочных соединений"

Тема занятия :"Физические методы контроля сварочных швов"

 

§ 88. Физические методы контроля сварных швов

Радиационная дефектоскопия - рентгено- и гамма-графический метод контроля. Рентгено- и гамма-графия - это метод получения на рентгеновской пленке или экране изображения предмета (изделия), просвечиваемого рентгеновским или гамма-излучением. Он основан на способности рентгеновского и гамма-излучения проходить через непрозрачные предметы, в том числе через металлы, и действовать на рентгеновскую пленку и некоторые химические элементы, благодаря чему последние флуоресцируют (светятся).

При этом дефекты, встречающиеся при сварке в теле изделия и чаще всего имеющие характер пустот (непроваров, трещин, раковин, пор и т. д.), на ренттеновской пленке (на рентгенограммах) имеют вид пятен (раковины, поры) или полос (непроваров).

Как правило, просвечивают 3-15% общей длины сварного шва, У особо ответственных конструкций просвечивают все швы.

Рентгеновские аппараты, применяемые для контроля изделий, состоят из рентгеновской трубки, источника питания и пульта управления. В качестве источника питания применяют повышающий трансформатор, во вторичную цепь которого включают кенотроны для выпрямления анодного тока и высоковольтные конденсаторы, позволяющие удвоить или утроить напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Схема просвечивания рентгеновским излучением изделия показана на рис. 120.

В зависимости от режима просвечивания (при толщине металла до 50 мм), качества пленки и правильности дальнейшей ее обработки удается выявить дефекты размером 1 - 3% от толщины контролируемых деталей.

В настоящее время широкое применение нашли рентгеновские аппараты РУП-120-5-1, РУП-200-5, РУП-400-5, Мира-2Д и Мира-ЗД и др.

Гамма-излучение образуется в результате внутриатомного распада радиоактивных веществ. В качестве источников гамма- излучения применяют следующие радиоактивные вещества: тулий-170, иридий-192, цезий-137, кобальт-60 для просвечивания металла толщиной 1 - 60 мм.

Рис. 120. Схема просвечивания рентгеновским излучением изделия: 1 - рентгеновская трубка, 2 - футляр со свинцовым экраном, 3 - просвечиваемое изделие, 4 - дефект, 5 - кассета, б - экран, 7 - рентгенопленка

Рис. 121. Установка для промышленного просвечивания изделий гамма-излучением: 1 - штатив, 2 - радиационная головка (рабочий контейнер), источника

Гамма-излучение, действуя на пленку так же, как и рентгеновское, фиксирует на ней дефекты сварки. Чувствительность гамма-контроля ниже чувствительности рентгеновских снимков; например, на гамма-снимках при просвечивании стали толщиной 10-15 мм кобальтом-60 выявляются дефекты глубиной 0,5 -0,7 мм, тогда как на рентгеновских снимках видны дефекты глубиной 0,1-0,2 мм.

Чувствительность гамма-снимков, полученных при помощи радиоактивных изотопов- тулия-170, иридия-192 и других, приближается к чувствительности рентгеновских.

Гамма-излучение вредно для здоровья человека, поэтому ампулы с радиоактивным веществом помещают в специальные аппараты - гамма-установки, имеющие дистанционное управление (рис. 121).

Схема панорамного просвечивания сварных стыков трубопроводов с помощью гамма-источника показана на рис. 122.

Рис. 122. Схема панорамного просвечивания сварочных стыков трубопроводов с расположением радиоактивного источника излучения в центре трубы: а - источник излучения, б - рентгеновская пленка

Сварный шов при радиационной дефектоскопии бракуется, если на рентгеновском или гамма-снимке обнаружены следующие дефекты:

шлаковые включения или раковины по группе А (отдельные дефекты) и В (скопление дефектов) размером по высоте шва более 10% толщины стенки, если она не превышает 20 мм, а также более 3 мм при толщине стенки более 20 мм;

шлаковые включения, расположенные цепочкой или сплошной линией вдоль шва (группа Б), при суммарной их длине, превышающей 200 мм на 1 м шва;

поры, расположенные в виде сплошной сетки; скопление на отдельных участках шва свыше пяти пор на 1 см² площади шва.

Дефекты распределяют по группам А, Б, В по следующим признакам:

А - отдельные дефекты, которые по своему расположению не образуют цепочки или скопления;

Б - цепочка дефектов, расположенных на одной линии в количестве более трех с расстоянием между ними, равным трехкратной величине дефектов и менее;

В - скопление дефектов в одном месте с расположением их в количестве более трех с расстоянием между ними, равным трехкратной величине дефектов и менее.

Ультразвуковой метод контроля. Этот метод основан на способности высокочастотных колебаний частотой около 20000 Гц проникать в металл и отражаться от поверхности дефектов (от встретившихся препятствий). Отраженные ультразвуковые колебания имеют ту же скорость, что и прямые колебания. Это свойство имеет основное значение в ультразвуковой дефектоскопии.

Узкие направленные пучки ультразвуковых колебаний для целей дефектоскопии получают при помощи пьезоэлектрических пластин кварца или титаната бария (пьезодатчика). Эти кристаллы, помещенные в электрическом поле, дают обратный пьезоэлектрический эффект, т. е. преобразуют электрические колебания в механические. Таким образом, пьезокристаллы под действием переменного тока высокой частоты (0,8 - 2,5 МГц) становятся источником ультразвуковых колебаний и создают направленный пучок ультразвуковых волн в контролируемую деталь.

Отраженные ультразвуковые колебания улавливаются искателем (щупом) и затем преобразуются в электрические импульсы. Отраженные электрические колебания через усилитель подаются на осциллограф и вызывают отклонение луча на экране электронной трубки. По виду отклонения судят о характере дефекта.

Схема ультразвукового метода контроля сварных соединений показана на рис. 123.

Рис. 123. Ультразвуковой метод контроля сварных соединений: а - схема, б - общий вид дефектоскопа, в - сигналы на экране осциллографа (слева - шов без дефекта, справа - с трещиной и не проваром); 1 - испытуемый образец, 2 - приемник, 3 - генератор, 4 - усилитель, 5 - начальный импульс, 6 - сигнал от дефекта, 7 - ложный сигнал, 8 - генератор развертки, 9 - излучатель

Современные ультразвуковые дефектоскопы работают по схеме импульсного излучения, т. е. ультразвуковые колебания от пьезокристалла посылаются не непрерывно, а импульсами; во время пауз отраженные колебания поступают на тот же пьезокристалл, что обеспечивает высокую чистоту приема отраженных волн.

Пьезокристалл ультразвукового дефектоскопа помещается в специальный призматический или плоский щуп. Поверхность, по которой перемещается щуп, должна быть зачищена до металлического блеска. Для обеспечения необходимого акустического контакта между щупом и контролируемым изделием наносится слой минерального масла.

Промышленностью выпускаются ультразвуковые дефектоскопы УДМ-3, УД-55ЭМ, ДУК-1 ЗИМ и др. Чувствительность дефектоскопов обеспечивает выявление дефектов площадью 2 мм² и более. При ультразвуковом методе трудно определить характер дефекта. Наиболее эффективно контроль выполняется при толщине металла более 15 мм; при толщине металла 4-15 мм контроль этим методом возможен, но требует весьма высокой квалификации дефектоскописта (оператора).

Магнитный метод дефектоскопии. Сварной шов стального или чугунного изделия покрывают смесью из масла и магнитного железного порошка (размер частиц 5 - 10 мкм). Изделие намагничивают пропусканием тока через обмотку, состоящую из нескольких витков, намотанных вокруг изделия. Под действием магнитного поля, обтекающего дефект, частицы железного порошка гуще располагаются вокруг дефектов

Этим методом выявляются поверхностные дефекты глубиной до 5 -6 мм. Разрешающая способность порошковой дефектоскопии весьма низкая по сравнению с другими методами контроля, поэтому она эффективна в основном для контроля гладких, чистых, блестящих поверхностей. Магнитным методом можно проверять качество деталей, изготовленных только из ферромагнитных металлов.

Магнитографический метод контроля. При этом методе, разработанном в нашей стране, результаты записываются на магнитную ленту. Сущность этого метода контроля состоит в намагничивании сварного соединения и фиксации магнитного потока на ферромагнитную ленту. Лента накладывается на контролируемое изделие, которое намагничивается импульсным полем. Магнитное поле, при наличии дефектов, распределяется по поверхности детали по-разному, и соответственно ферромагнитные частицы на ленте намагнитятся в различной степени. Затем ферромагнитная лента снимается с контролируемого изделия и ее "протягивают" через воспроизводящее устройство (рис. 124), состоящее из механизма протяжки и осциллографа с усилителем электрических импульсов.

Рис. 124. Магнитографический метод контроля сварных соединений: а - воспроизведение записи на экране дефектоскопа, б - характер импульсов на экране осциллографа; 1 - кассета с ферромагнитной пленкой, 2 - ферромагнитная пленка, 3 - генератор для стирания записи, 4 - 'стирающая' головка, 5 - 'воспроизводящая' головка, 6 - усилитель, 7 - осциллограф, 8 - лампочка, сигнализирующая о недопустимом дефекте в контролируемом сварном соединении, 9 - экран осциллографа, 10 - шов без дефекта

Результаты магнитографического контроля рассматривают на экране 9 осциллографа 7, на котором при наличии дефектов в контролируемом изделии возникают всплески (вертикальные импульсы). По величине и форме отклонения луча на экране осциллографа судят о величине и характере дефекта сварного соединения.

Магнитографический метод применяется для контроля сварных соединений толщиной не более 12 мм. Этим методом можно выявлять макротрещины, непровары глубиной 4 - 5% от толщины контролируемого металла, шлаковые включения и газовые поры.

Магнитографический метод требует высокой квалификации оператора.

Рентгено-телевизиснный контроль. Сущность способа контроля заключается в том, что дефект сварного шва изображается в момент просвечивания на телевизионном экране.

Схема рентгено-телевизионной установки показана на рис. 125. Сварное соединение 2 просвечивается с помощью рентгеновского аппарата 1. Рентгеновское излучение проходит через электронно-оптический преобразователь 3, состоящий из вакуумированной трубки, внутри которой со стороны, обращенной к источнику излучения (рентгеновскому аппарату) и просвечиваемому изделию, укреплен тонкий алюминиевый экран, покрытый флуоресцирующим слоем. На этот слой нанесен светочувствительный слой - фотокатод (такой же, как в обычных телевизионных трубках). С другой стороны электроннооптический преобразователь имеет диафрагму и усиливающий экран. С такого преобразователя через переходную оптику 4 сигналы поступают на передающую телекамеру 5 и на телевизор 7. Такой метод контроля позволяет резко увеличить производительность труда оператора. При этом можно не только визуально наблюдать внутреннее состояние просвечиваемого изделия, но и фотографировать его при помощи фото- или киноаппарата. Управление такой установкой осуществляется с пульта управления 6.

Рис. 125. Схема рентгено-телевизионной установки

Контроль плотности соединений. Сварные швы испытывают на герметичность (непроницаемость) керосином, сжатым воздухом (пневматикой), вакуум-аппаратом, при помощи аммиака, гелиевым и галлоидным течеискателями и гидравлическим давлением.

Испытание керосином применяют для сосудов, работающих без внутреннего давления, и как предварительный метод контроля для сосудов, работающих под давлением.

Керосин обладает высокой капиллярностью. На этой его способности основана методика контроля плотности сварных швов. Сварные швы должны быть тщательно очищены от шлака, грязи и осмотрены. Дефекты, выявленные внешним осмотром, должны быть устранены до начала контроля.

Для выявления дефектов (не плотностей) методом керосиновой пробы одну сторону сварного соединения окрашивают мелом, разведенным в воде. После высыхания мела вторую сторону сварного шва обильно смачивают керосином. Керосин, проникая через дефекты в сварном шве, оставляет на меловой краске жирные темные пятна, характеризующие наличие и расположение дефектов. Обнаруженные дефекты вырубают и заваривают вновь. Контроль керосином применяется при положительной температуре (выше 0°С). Сварные швы должны выдерживаться под керосином 12 г и более.

Вакуум-методом проверяют сварные швы, которые невозможно испытать керосином, воздухом или водой и доступ к которым возможен только с одной стороны, например сварные швы днищ резервуаров, газгольдеров и других емкостей.

В комплект установки для контроля плотности сварных швов вакуум-методом входит следующее оборудование: вакуум-насос, вакуум-камера с вакуум-метром и пневматический шланг.

Гидравлические испытания. При этом способе контроля сварное изделие (сосуд) заполняют водой. Затем насосом или гидравлическим прессом создают давление, превышающее рабочее в 1,25 раза и более.

Способ гидравлического испытания, время выдержки, величина давления и допустимая утечка устанавливаются техническими условиями на контролируемый объект. Гидравлические испытания выполняют при проверке прочности и плотности паровых и водяных котлов, трубопроводов и сосудов, работающих под давлением.

Испытание сжатым воздухом (пневматическое испытание). Это испытание применяется для проверки сосудов и трубопроводов на герметичность, как правило, только при рабочем давлении изделия. Плотность сварных соединений проверяют мыльным раствором или погружением сосуда в воду. В местах пропуска газа появляются пузыри.