Книги по строительству и ремонту

Ручная дуговая сварка

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

24.5. Техника и технология контроля качества сварных швов

К неразрушающим физическим методам относятся: радиационный (радиографический) контроль просвечиванием швов; ультразвуковой контроль (УЗД); магнитный и электромагнитный контроль.

Радиационный (радиографический) контроль основан на использовании рентгеновских или гамма (у) -излучений. Эти ионизирующие электромагнитные излучения распространяются волнообразно, так же, как световые и радиоволны. Они отличаются чрезвычайно малой длиной волны, которая в миллионы раз меньше длины световых волн и вместе с тем обладает высокой энергией, значительно большей энергии видимого света. Эти излучения могут проникать через материалы с разной интенсивностью для различных материалов, зависящей от толщины металла и энергии излучения. Эти свойства используются в дефектоскопии для выявления дефектов в сварных швах. С одной стороны шва устанавливают источник излучения, а с другой — детектор, фиксирующий сведения о его сплошности или наличии дефектов. Детектором служит электронно-оптический преобразователь, рентгеновская пленка, фотобумага и т. п. При отсутствии дефектов излучение будет поглощаться сплошным металлом и выпуклый шов будет фиксироваться в виде более светлой, чем основной металл, полосы. Дефекты — иепровары, поры, шлаковые включения, подрезы, раскрытые трещины не будут поглощать излучения так интенсивно, как металл, поэтому на экране преобразователя, на пленке или фотобумаге они будут фиксироваться более темными пятнами и полосами на фоне светлого шва.

Для радиационной дефектоскопии используют рентгеновские аппараты и гамма-источники. В рентгеновских аппаратах основным рабочим элементом является рентгеновская трубка (24.5). Оиа состоит из стеклянного баллона, из которого почти полностью удален воздух, и впаянных в баллон катода и анода. Катод состоит из вольфрамовой спирали, при нагревании которой до высокой температуры источником тока он испускает электроны. Анод изготовлен в виде пластины из вольфрама и молибдена, расположенной под углом. Электроны катода с большой энергией ударяются о металл пластины и, отражаясь от нее, тормозятся, создавая так называемое тормозное рентгеновское излучение — R-лучи. В строительстве используется несколько типов рентгеновских аппаратов, выпускаемых промышленностью.

Более широко в условиях строительных площадок и в полевых условиях применяют дефектоскопию сварных швов при помощи у-излучений, источниками которых служат радиоактивные у-изотопы, заключенные в небольшие металлические ампулы. Изотопами называют разновидности одного и того же элемента, отличающиеся массой атома. Важной характеристикой Y-ИЗОТОПОВ, излучающих у-лучи вследствие распада вещества, является период полураспада, которым определяется активность изотопа. Используются большей частью аппараты Магистраль-1 и Гамма-рид-21 с цезием-137 (период полураспада 30 лет), которые обеспечивают длительную работу аппаратов без замены источника, у-аппараты бывают универсальные со шланговой подачей источника к просвечиваемому соединению (Гаммарид-21) и затворного типа (Магистраль-1), в которых действует затвор, открывающий источник направленно на шов. Откоытие затвора или шланговая подача производится дистанционно, чтобы избежать облучения дефектоско-писта (24.6). Для предохранения окружающих от у-излучений источники в дефектоскопах заключены в защитные оболочки из свинца или других сплавов.

Дефектоскопы затворного типа с направленным излучением применяют на сюрительно-монтажных площадках в случаях, когда универсальные невозможно использовать из-за ограниченного размера радиационно-защитных зон. Как рентгеновские, так и у-лучи опасны для человека, поэтому все работы с этими источниками должны вестись с соблюдением санитарных правил, не допускающих облучения работающих.

Ультразвуковая дефектоскопия (УЗД) основана на использовании ультразвуковых колебаний (УЗК), которые представляют собой колебания упругой среды со сверхвысокими частотами (более 20 кГц), не воспринимаемыми человеческим ухом. Ультразвуковые волны могут проникать в металл на большую глубину и отражаться от неметаллических включений и других дефектов. Для контроля применяют колебания с частотой 0,5—10 МГц. Введение этих колебаний осуществляют пьезоэлементами (пьезопреоб-разователями), которые состоят из пьезопластин толщиной, равной половине длины волны, излучаемой УЗК. Пьезоэлектрические материалы обладают способностью преобразовывать действие электрического поля в механические деформации и наоборот — действие механических деформаций в электрические заряды. Пластины изготовляют из пьезоэлектрической керамики или кварца и наклеивают на призмы из оргстекла, полистирола, капрона и других материа-алов, которые поглощают ультразвук и обеспечивают высокое затухание колебаний, что позволяет получать короткие зондирующие импульсы. Для приложения и съема электрического поля на противоположных поверхиостях пластииы нанесены серебряные электроды. Пьезопреобразователь обладает свойством излучать УЗК в металл через контактирующую смазку (глицерин, солидол и т. п.) синхронно с приложенным высокочастотным током и воспринимать отраженные от дефектных мест обратные УЗК, преобразуя их в электрические    импульсы,    фиксируемые электронно-лучевой трубкой. Чаще всего применяют наклонный преобразователь, работающий по совмещенной схеме и служащий одновременно излучателем и приемником УЗК. Применяется также раздельно-совмещенный преобразователь, в котором одна пьезопластина служит излучателем УЗК, а другая приемником. Примерная технология контроля приведена на 24.7. Контроль, как правило, проводят с одной стороны соединения (для толщины до 50 мм), но с обеих сторон шва, как показано на рисунке. В настоящее время УЗК применяют все более широко для проверки качества стыковых и угловых швов и даже стыков арматурной стали. Иногда для большей надежности сомнительные места просвечивают.

Магнитные методы дефектоскопии основаны на выявлении потока магнитного рассевания Фх (24,8га), возникающего в дефектных местах   при   намагничивании потоком Ф контролируемого сварного соединения. Намагничивание выполняют стационарным или перемещающимся магнитом. Для выявления дефекта магнитно-порошковым методом на поверхность намагниченного сварного соединения наносят ферромагнитный порошок (сухой или в смеси с керосином, масла или мыльным раствором), под действием 0i частицы порошка скапливаются в местах дефектов.

Более совершенным является магнитографический метод, при котором на сварной шов накладывают ферромагнитную ленту (24,8,6), после чего обкатывают шов движущимся электромагнитом, В результате на ленте фиксируются имеющиеся дефекты шва, которые обнаруживаются при пропускании ее через магнитографический дефектоскоп с электронно-лучевой трубкой.

Магнитные методы контроля возможны только для ферромагнитных сталей.

Капиллярная дефектоскопия применяется для обнаружения поверхностных дефектов (поверхностных трещин, включений и т. п.) и контроля непроницаемости сварных соединений, т. е. их способности не пропускать воду или другие жидкости в конструкциях резервуаров, баков, эксплуатируемых наливом жидкости Для выявления поверхностных дефектов хорошо очищенное сварное соединение покрывают контрастными индикаторными жидкостями — пенетрантами. В состав жидкости может входить люминесцирующее или цветное красящее вещество. Обладая капиллярной активностью, т. е. способностью втягиваться в мельчайшие сквозные или открытые с одной стороны отверстия, пенетрант проникает в поверхностные дефекты и остается в них после удаления пе-нетранта с поверхности соединения. Дефект легко обнаруживается ярким свечением люминесцирующе-го пенетранта при ультрафиолетовом облучении или по окраске дефекта красящим пенетрантом. Применяют и другие способы обнаружения и регистрации дефектов. Для контроля непроницаемости резервуаров, баков и других подобных конструкций широко применяют «керосиновую пробу», для чего наносят меловую обмазку с одной стороны сарочного соединения, а с другой смачивают его проникающей жидкостью, обычно керосином, обладающим высокой капиллярной активностью. После выдержки не менее 4 ч при положительной и 8 ч при отрицательной температуре окружающего воздуха обнаруживают сквозные дефекты по появлению бурых пятен на меловой смазке. Керосиновая проба высокочувствительна, ею выявляются дефекты диаметром 0,05 мм и более. В зимнее время для большей эффективности проникновения керосина предварительно прогревают швы для удаления из дефектов замерзшей влаги либо обдувают смазанные керосином швы теплым воздухом под давлением 0,3—0,4 МПа.

Пузырьковый метод дефектоскопии основан на выявлении несплошностей шва по появлению позырьков газа. Его применяют двумя способами — вакуумным и пневматическим.

Вакуумную дефектоскопию широко применяют для контроля непроницаемости сварных швов, доступных только с одной стороны, например плоских днищ вертикальных и траншейных резервуаров. Для контроля накладывают на шов переносную или передвижную вакуум-камеру, обрамленную губчатой резиной и хорошо присасывающуюся к поверхности соединения (24.9). Швы перед проверкой смазывают пенообразующей жидкостью. После включения вакуум-насоса и достижения разрежения в камере по вакуумметру 0,02—ОД МПа через верхнее стекло камеры наблюдают за появлением пузырьков воздуха и фиксируют дефекты. Затем камеру передвигают для контроля следующего участка.

Пневматический метод пузырьковой дефектоскопии применяют для контроля герметичности, т.е. способности сосудов не пропускать находящиеся в них газы. Испытываемую конструкцию наполняют сжатым воздухом либо обдувают швы струей сжатого воздуха. С обратной стороны смазывают швы пенообразующей жидкостью, и по появлению пузырьков воздуха судят о наличии дефектов. Ввиду опасности пневматического испытания (возможности разрыва конструкции давлением Еоздуха) его производят по специально разработанному проекту, предусматривающему меры безопасности.

Испытание наливом или давлением воды обычно проводят как заключительный этап контроля качества резервуара или другой подобной конструкции. В процессе испытания обнаружвают дефекты швов по их отпотеванию с внешней стороны.

Химические методы контроля основаны на использовании химических реакций для обнаружения дефектов. В конструкцию, заполненную под давлением воздухом, добавляют аммиак или другие реагенты. Индикатор наносят на швы в виде пасты или бумажной ленты, пропитанной фенолфталеином. В местах сквозных дефектов на ленте или пасте образуются фиолетовые пятна. Могут быть использованы и другие смеси (5 %-ный раствор азотно-кислой ртути и др. ).

Механические испытания при неразрушающем контроле проводятся у контрольных соединений, свариваемых одновременно с изделием, если это требование предусмотрено проектом. При разрушающем контроле контрольные соединения вырезают непосредственно из конструкции, что также должно быть предусмотрено проектом.

Размер образцов и методы их испытания должны соответствовать требованиям  ГОСТ 6996—66 н.

Металлографические исследования макрошлифов на торцах швов сварных соединений или контрольных образцов проводят в соответствии с 1 ОСТ 10243—75*, если такой вид испытания предусматрен проектом.