Контроль качества сварных соединений

9.2.1. Исследование макроструктуры сварного соединения

Макроструктурный анализ является методом предварительной оценки качества сварного соединения. Макроструктура исследуется невооруженным глазом или при 30-кратном увеличении на поверхности макрошлифов, вырезанных и подготовленных из сварных соединений. Макроструктуру можно изучать и на изломах сварных образцов после механических испытаний.

При исследовании макроструктуры сварных швов из контрольной сварной пластины или изделия вырезают теплеты для изготовления шлифа в плоскости поперечного сечения шва.

Иногда для определения характера кристаллизации шва в сварочной ванне изготавливают шлиф по продольной оси шва. Размеры шлифа должны быть такими, чтобы поверхность его включала полное сечение сварного шва.

Теплеты изготавливают путем шлифования и травления поверхности реактивами, которые выбираются в соответствии с видом металла

иназначением исследования (глубокое травление). На макрошлифах выявляют:

–границы шва и зоны термического влияния;

–слоистость основного металла;

–макроскопическое строение сварного шва (форму, размеры и направление кристаллитов, ликвационные зоны и усадочную рыхлость);

–дефекты сварного шва (несплавления, непровары, неметаллические включения, газовые поры и трещины).

Для выявления ликваций серы и фосфора в основном металле

исварном шве применяют метод отпечатков по Бауману.

На приготовленный макрошлиф накладывают засвеченную фотобумагу, предварительно выдержанную в 5%-ном растворе серной кислоты. Через 3–5 мин бумагу снимают и фиксируют. Желто-коричневые пятна соответствуют участкам с повышенным содержанием серы. Вместо бумаги можно использовать фотопленку, что дает возможность размножить полученные отпечатки.

Способом отпечатков можно не только выявить включения серы, фосфора и окислов железа, но и определить грубые дефекты шва – тре - щины и непровары.

Макроструктуру можно также рассматривать и непосредственно на изломах сварного шва. Изломы сварных швов исследуют после меха-

151

нических и технологических испытаний образцов, а также после разрушения сварных деталей.

По излому можно определить характер разрушения шва: пластическое или хрупкое, а также дефекты шва – поры , раковины, неметаллические включения, непровары и трещины.

Волокнистый серый излом без блеска характеризует высокую пластичность и ударную вязкость. Блестящий крупнозернистый излом характеризует хрупкий металл с пониженной ударной вязкостью.

По виду излома определяют соотношение площадей, имеющих низкий и хрупкий характер разрушения. Это соотношение используется как качественный показатель пластических свойств сварного шва.

9.2.2. Исследование микроструктуры сварных соединений

Исследование микроструктуры дает возможность более глубоко изучитьструктурусварногосоединения, чемисследование макроструктуры.

Вырезку образцов для исследования микроструктуры сварных швов проводят так же, как и при макроанализе. Исследуемая поверхность образцов должна быть тщательно подготовлена – отполирована . Для выявления микроструктуры используют неглубокое травление, в результате которого глубина протравленного слоя составляет не более 10 мкм. Микроструктура исследуется на оптических микроскопах при увеличениях от 50 до 2000 раз.

На микрошлифах определяют микроструктуру сварного шва и околошовной зоны:

–вид и соотношение структурных составляющих;

–наличие и распределение карбидов, нитридов, сульфидных и оксидных включений;

–размеры зерна;

–микроскопические трещины и поры.

9.2.3. Измерение твердости

Различают макро- и микротвердость.

Макротвердость определяют на макрошлифах с помощью приборов для измерения макротвердости по Виккерсу, Роквеллу или Бринелю. Наиболее приемлемыми считаются измерения твердости по Виккерсу при нагрузках 10 и 50 кг. В случае применения метода Бринеля используют инденторы – шарики диаметром 2,5 или 5 мм.

152

Измерение твердости проводят на поперечных шлифах сварного соединения в двух взаимно перпендикулярных направлениях:

1)по оси шва;

2)вдольлиний, параллельных верхнейинижнейповерхностилиста. Результаты представляют в виде графика измерения твердости по се-

чению.

Макротвердость служит для оценки степени закалки зон сварного соединения и неравномерности механических свойств по сечению.

Микротвердость определяют на микрошлифах с помощью прибора ПМТ. Измеряют твердость отдельных составляющих микроструктуры. Это служит дополнением к металлографическому анализу при установлении типа структурных составляющих.

9.3. ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Химический анализ проводят для контроля состава основного металла, металла шва (в центре и зоне сплавления) и сварочных материалов (проволоки или наплавленного металла). Пробы отбирают в виде стружки по ГОСТ 7122–81.

Химический анализ служит для отбраковки материалов по составу, атакже установления причин появления дефектов в сварном соединении. При анализе металла шва определяют содержание углерода, кремния, марганца и легирующих элементов, находятся ли они в пределах, рекомендуемых для конкретных случаев сварки в зависимости от марки электрода, состава основного металла и т.д. Кроме этого определяют содержание вредных примесей (серы и фосфора), чтобы оно не превышало допустимых пределов.

При разработке нового состава покрытия или технологии сварки проводят также анализ металла шва на содержание азота, кислорода и водорода.

Пробы для химического анализа отбирают в виде стружки с таким расчетом, чтобы в ней не было большого количества основного металла. Иногда стружку получают из образцов, предназначенных для механических испытаний. Масса стружки определяется количеством элементов, на которые проводят анализ. Для анализа на углерод достаточно 3–5 г, для определения азота и кислорода 50–60 г, а для полного анализа на элементы 50 г стружки.

153

В тех случаях, когда отбор проб затруднен, химический состав сварных швов определяется спектральным анализом. Он позволяет с высокой точностью определить количественный состав элементов, входящих в металл шва.

При спектральном анализе на поверхности образца зажигают дуги. Пары металла, попадающие в дугу, дают свой, присущий им спектр, который разлагают на аналитические линии. Сравнивая эти линии с эталонными, находятколичественный икачественный составэлементоввсплаве.

9.4. КОРРОЗИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Испытания проводят для определения коррозионной стойкости сварного соединения или отдельных его зон при работе в различных средах (во влажном загрязненном воздухе, воде, кислотах, щелочах и их растворах и т.п.).

Различают испытания на местную и общую коррозию (равномерную и неравномерную).

Общая коррозия является результатом растворения металла в агрессивной среде. По своему характеру коррозия может быть равномерной, при которой с одинаковой скоростью разрушается основной металл

иметалл шва; и неравномерной, при которой быстрее разрушается металл шва или же в определенных местах основной металл и металл по линии сплавления.

Общая коррозия характерна для углеродистых и низколегированных сталей.

Основные методы оценки стойкости металла против коррозии следующие (ГОСТ 13819–69):

1)весовой метод – взвешивание образцов до и после испытания

иопределение потерь в массе, г/(м2 год);

2)профилографический метод – изменение профиля;

3)электрохимический метод – измерение электродных потенциалов;

4)метод механических испытаний на растяжение и изгиб и определение характеристик.

При весовом методе испытания проводят следующим образом:

сваривают две пластины размером 50 200 мм, затем разрезают на полосы шириной по 15 мм каждая. Образцы очищают от окалины, заусенцев

ипогружают в сосуд с кипящей азотной кислотой или в раствор серной

исоляной кислот различной концентрации. По истечении времени (6–48 ч

154

в зависимости от материала и концентрации кислот) образцы вынимают ивзвешивают.

Профилографический метод заключается в том, что степень коррозии сварных соединений определяют по профилограммам, которые строятся для каждого образца на основании измерения профиля торцевой поверхности стрелочным индикатором до и после воздействия агрессивной среды с последующим сравнением результатов измерения.

Электрохимический метод измерения коррозионной стойкости заключается в определении разницы потенциалов между отдельными зонами сварного шва при помощи электрических замеров отдельных участков сварного шва в той или иной коррозионной среде.

Метод механических испытаний заключается в сравнении прочностныхипластическихсвойствобразцовдоипослекоррозионныхиспытаний.

Местная коррозия может развиваться:

–в зоне термического влияния основного металла на некотором удалении от шва;

–по линии сплавления основного металла с металлом шва (потевая коррозия);

–в металле шва.

Местная коррозия возникает в результате нагрева металла отдельных зон сварного шва до определенных температур.

Местной коррозии подвержены аустенитные и аустенитно-феррит- ные стали.

МетодыоценкиместнойкоррозиирегламентированыГОСТ6032–75.

155

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Алешин Н.П., Чернышев Г.Г. Сварка. Резка. Контроль: справочник: в 2 т. – М.: Машиностроение, 2004. – 480 с.

2.Алешин Н.П. Физические методы неразрушающего контроля сварных соединений. – М.: Машиностроение, 2006. – 368 с.

3.Щербинский В.Г., Алешин Н.П. Ультразвуковой контроль сварных соединений. – М .: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 496 с.

4.Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Контроль качества сварочных работ. – М.: Высш. шк., 1986. – 207 с.

5.Алешин Н.П., Щербинский В.Г. Радиационная, ультразвуковая

имагнитная дефектоскопия металлоизделий. – М.: Высш. шк., 1991. –

271с.

6.Контроль качества сварки / под ред. В.Н. Волченко. – М.: Машиностроение, 1975. – 328 с.

156

Учебное издание

Ольшанская Татьяна Васильевна

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Учебное пособие

Редактор и корректор В.В. Мальцева

__________________________________________________________

Подписано в печать 14.04.2014. Формат 70×100/16. Усл. печ. л. 12,58. Тираж 15 экз. Заказ № 58/2014.

__________________________________________________________

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29, к. 113.

Тел. (342) 219-80-33.