Методи неруйнівного контролю зварних з’єднань |

Практично з моменту винаходу зварювання, як методу нероз’ємного з’єднання декількох деталей, виникла і проблема якості таких з’єднань. Оскільки розплав в зоні зварювання металів у багатьох випадках є матеріалом з іншим хімічним складом, до того ж піддаються активному впливу зварювальної плазми, кисню повітря і інших чинників, то міцність такого з’єднання не може перевищувати міцність вихідного металу.

До тих пір, поки зварені металоконструкції не наражалися на істотним експлуатаційним навантаженням, візуального контролю місць зварювання було цілком достатньо. Але зі зростанням технічних вимог до якості зварних швів виникла потреба в розробці ефективних засобів і технологій неруйнівного контролю.

Основні дефекти зварних швів

Їх класифікація і вплив на якість з’єднання.
У найбільш загальному випадку дефекти зварного шва поділяють на дві групи:
1. Внутрішні дефекти, викликані термохімічними процесами, що відбуваються в розплаві при зварюванні.
2. Зовнішні дефекти, переважно механічного характеру, пов’язані з виникаючими термічними напруженнями в з’єднуються металах.

внутрішні дефекти

У свою чергу, внутрішні дефекти можуть являти собою:

  • Газові включення і пори, утворюються в результаті коливань внутрішнього тиску в розплаві і інтенсивного окислення металу струменем високотемпературного плазми зварювальної дуги. Такі пори можуть утворювати порожнечі, а можуть і наповнюватися газами — продуктами термохімічних реакцій;
  • високотемпературні включення шлаків і інтерметаллідних сполук різної форми і спрямованості.

Різнорідність матеріалу, знижені механічні характеристики: міцність, опір вигину, ударна в’язкість — основні причини руйнування зварних з’єднань, що мають в своєму складі газові включення і несплошності.

Шлакові і металеві включення послаблюють зварений шов внаслідок зниженою міцності отверділих при охолодженні шлаків, а також несприятливою мікроструктури в зоні зварювання.

зовнішні дефекти

Зовнішні дефекти зварного шва визначаються:

  • Якістю проведення процесу, наслідком чого є або однобічність зварювання, або надріз готового шва, в основному по його корені;
  • Порушенням технології охолодження металу після зварювання, в результаті чого утворюються поверхневі або глибинні тріщини, пропали, поверхня з грубою шорсткістю і нерівномірними зварювальними швами.

Наявність тріщин є наслідком суттєвої нерівномірності умов охолодження металу в зоні розплаву, в результаті чого його окремі обсяги охолоджуються з помітно різною швидкістю. Виникаючі при цьому напруги розтягнення визначають місце виникнення тріщини, шлях її поширення, і габаритні розміри дефекту.

Загальна класифікація методів контролю якості зварювання

Історично першим методом визначення якості зварного шва був метод зіставлення параметрів фактичного шва з так званим ідеальним. Однак сам критерій ідеальності мав на увазі випробування працездатності готової звареної металоконструкції, а тому фактично був методом руйнівного контролю. За його результатами робився висновок про можливе застосування нероз’ємного з’єднання з обмеженнями по зовнішніх навантажень.

В даний час вибір методів неразрушаюшего контролю зварних з’єднань диктується технічними вимогами до експлуатаційної стійкості конструкції, обмеженнями на можливість практичного застосування, а також міркуваннями трудомісткості обробки отриманих результатів.

Практично використовуються наступні технології контролю і діагностики зварних швів:

      1. Метод просвічування зони з’єднання рентгенівськими променями.
      2. Метод ультразвукового контролю.
      3. Метод пенетрации.

Суть методу просвічування

Метод просвічування (інакше — радіографічний) заснований на оцінці результатів взаємодії потоку γ-випромінювання з речовиною, через яке проходять γ-промені. Кінцевий ефект такої взаємодії призводить до ослаблення інтенсивності γ-випромінювання. Інтенсивність такого потоку Ф визначається:

      1. Товщиною зміненої зони.
      2. Щільністю речовини в зміненій зоні.
      3. Геометричними розмірами зміненої зони.

Під зміненою зоною в даному випадку розуміється зона зварного шва.

При реалізації радіографічного методу головним завданням є забезпечення когерентності потоку рентгенівських променів, що направляються на об’єкт контролю, оскільки при розсіюванні променів точність кінцевого результату помітно знижується. Тому випромінювач рентгенівських частинок повинен бути досить потужним, відстань до об’єкта діагностики — по можливості мінімальним, а глибина зварного шва — найменшою. Зазначені обмеження істотно знижують цінність практичного застосування даного методу

Конструктивно застосовуються для контролю γ-дефектоскопи представляють собою захищений свинцевим екраном сталевий корпус, всередині якого встановлюється куля з важкого металу з отвором, де монтується робоча головка з випромінювачем. З протилежного боку кулі знаходяться клеми з’єднання робочої головки з джерелом γ-випромінювання.

З метою зниження шкідливого впливу на навколишнє середовище в якості джерела рентгенівського випромінювання застосовується ізотоп кобальту С60, що володіє найбільш короткою довжиною хвилі γ-випромінювання, і, отже, найбільшою проникаючою здатністю.

Результат просвічування зварного шва відображається на рентгенограмі, яка фіксує кількісну зміну параметра Ф в залежності від характеру наявних неоднорідностей. Порівнюючи відмічені нерівномірності розподілу, роблять висновок про якість зварювання.

Радиографический метод має низку обмежень і недоліків, серед яких:

  • Обмежена зона відстані між дефектоскопом і об’єктом перевірки — при занадто малій відстані спотворюється фактична конфігурація і розміри дефекту, при занадто великому потрібно помітно збільшувати потужність джерела генерації випромінювання;
  • Неможливість застосування методу при глибинних дефектах, що утворюються в результаті зварювання особливо товстолистового металу;
  • Неможливість оперативного отримання результатів дефектоскопії зварного шва до обробки рентгенівської плівки з його зображенням;
  • Високі вимоги до безпеки джерела γ-випромінювання, і необхідність в окремому захищеному приміщенні для нього.

Ряд зазначених недоліків знімається застосуванням методу електроградіографіі, який використовує не рентгенівські плівки, а металеві пластини, попередньо покриваються тонким шаром фоточутливого напівпровідника (зокрема, селену). Шар обробляється коронним розрядом, і внаслідок отримує здатність фіксувати дефекти зварного шва. Однак і цей метод не вільний від недоліків, основними з яких є нестабільність одержуваних результатів і залежність від зовнішніх умов діагностики.
Електрорадіографія використовується головним чином при контролі зварних швів з алюмінію.
Іноді діагностику зварних швів ведуть із застосуванням нейтронного випромінювання, а також, використовуючи імпульсну рентгенівське просвічування. Однак практичного застосування ці методи не отримали через складність обладнання і його великий енерговитратності.

Сутність методів ультразвукового контролю

Метод заснований на акустичних зміни, які відбуваються при проходженні звукових коливань надвисокої частоти крізь досліджуваний обсяг металу. Для неруйнівного контролю якості зварних швів використовуються такі властивості ультразвуку, як швидкість його поширення і ступінь ослаблення зворотного сигналу.
Принцип ультразвукової дефектоскопії полягає в наступному:

  • Звукові хвилі, які генеруються джерелом ультразвуку — магнітострикційним або п’єзоелектричним перетворювачем, проходять через діагностуються зону металу, відбиваючись при цьому від можливих джерел спотворень мікроструктури — кутів, граней, пустот і т.д.
  • Для фіксування можливих внутрішніх дефектів звукову хвилю необхідно відобразити, «повернувши» її в дефектоскоп, для чого в конструкції останнього передбачена кутова запобігливо головка.
  • При наявності внутрішнього дефекту відбувається віддзеркалення звукової хвилі, або зміна кута її заломлення. За інтенсивністю цих змін можна судити про величину внутрішніх дефектів, про місце їх розташування, а також про їх конфігурації.

Основними вузлами промислових конструкцій ультразвукових дефектоскопів є:

  • Випромінювач — вузол, який поширює високочастотні коливання від джерела в певному напрямку. Найбільшою рівномірністю відрізняються випромінювачі дискового типу;
  • Власне вібратор, що розміщується в корпусі, який не повинен відчувати, що спотворює, зсувних середовищ, а тому розміщується в вузьких матеріалах — гіпсі, пастоподібних речовинах або графіті;
  • Приймач ультразвукового сигналу, що включає в себе кутову запобігливо головку, який розташовується з протилежного боку від діагностується елемента зварного шва;
  • Широкосмуговий підсилювач ультразвукового сигналу, в якості якого застосовуються радіочастотні прилади, забезпечені кварцовою головкою;
  • Аналогово-цифровий перетворювач з кольоровим дисплеєм, на екран якого виводиться як якісна картинка з зображенням дефекту, так і числові його характеристики. Можливо уявлення результату у вигляді графіка зміни інтенсивності дефекту по його довжині.

Сучасні ультразвукові дефектоскопи використовують такі методи діагностики:

      1. Резонансний метод, при якому відбувається безперервне випромінювання високочастотних коливань, з відображенням хвилі в перетворювач. В результаті в перевіряється виробі створюються так звані стоячі хвилі, які вводять випробувану деталь в резонансні коливання. Їх амплітуда фіксується вимірювальним вузлом дефектоскопа.
      2. Метод звукового імпульсу, при якому оцінюється час відображення високочастотного сигналу від дефекту або порожнечі в звареної конструкції. Генерується імпульс певної частоти попередньо синхронізується і через підсилювач направляється на виріб, що проходить акустичний контроль якості. Вишукувальних головка фіксує обсяги з внутрішніми неоднорідностями, і перетворює акустичний сигнал в електричний, який потім відтворюється на екрані дисплея. Результат такого виміру називають рефлектограмм.

Суть методу пенетрации (капілярний метод)

У багатьох випадках немає потреби в складній вимірювальної техніки, яка б виробляла оцінку якості зварного шва. Наприклад, в зварних конструкціях має значення на сумарна межа їх механічної міцності, а цілісність шва, що визначає довговічність з’єднання в умовах зовнішніх атмосферних впливів. У таких випадках застосовують візуальну оцінку якості зварного шва по дифузії в нього спеціальних рідин з високою проникаючою здатністю. Таким чином, при пенетрації (проникнення) використовуються капілярна провідність поверхневих тріщин і їх взаємодія з речовиною (проявником).

Методом пенетрации можна виявляти тільки поверхневі тріщини, зокрема, їх ширину і протяжність. У складних і відповідальних випадках результат прояви досліджується за допомогою електронного растрового мікроскопа.

Методика практичної реалізації методу наступна. Випробувану зварену конструкцію очищають від поверхневих забруднень, після чого покривають індикаторної рідиною. Якщо виріб — великих габаритів, то рідина наноситься пензлем або пульверизатором, малі за розмірами деталі занурюють в спеціальний резервуар. Після нанесення рідини потрібен якийсь час (0,5 … 30 хв) для того, щоб вона повністю проникла в можливі пори на діагностується виробі, після чого надлишки рідини видаляють, а виріб обробляють в висококонтрастному проявнику, розпорошувати по поверхні. Висихаючи, проявник витягує індикаторну рідина з тріщин, відтворюючи розміри і конфігурацію дефекту.

Склад виявили речовин підбирається таким чином, щоб збільшити фактичні розміри дефекту в порівнянні з реальними.

Це підвищує точність методу. На практиці в якості індикаторного рідини застосовують гаряче масло, а в якості проявника використовують вапняне молоко. При вторинному нагріванні звареної конструкції вапняна суміш висихає, а на поверхні в місцях поверхневих тріщин залишаються темні сліди. Іноді використовують індикацію фарбою, а в ролі проявника застосовують бензол. Підвищення контрастності дефектної зони можна домогтися, використовуючи різні флуоресцентні покриття.

Ссылка на основную публикацию