Основные методы сварки

-металлографический  анализ и др.

Эти испытания, как правило, проводятся на выборочных натурных образцах или на специальных изделиях подготовленных для испытаний и изготовленных по стандартной технологии. По результатам испытаний оформляется протокол, где указываются их результаты.

При положительных результатах испытаний сварные изделия маркируют, консервируют в упаковку или тару и проверяют наличие и комплектность сопроводительной документации. К такой документации относят паспорт, в котором даётся заключение о пригодности изделия к эксплуатации.

При отрицательных результатах составляется ведомость замечаний, в соответствии с которой производится доработка (ремонт) изделия и затем повторные испытания.

 

Эксплуатационный контроль сварных соединений.

 

В процессе эксплуатации сварных изделий происходит старение материала, сопровождающееся износом и разрушением. Эти явления приводят к появлению неисправностей и отказов изделий.

Неисправность – это состояние сварного соединения, при котором оно не соответствует хотя бы одному требованию НТД. Изделие, характеризующееся неисправностью, можно эксплуатировать с учётом обеспечения постоянного контроля за его эксплуатацией.

Отказ – это полное нарушение работоспособности изделия, при котором дальнейшая его эксплуатация невозможна. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенные отказы связаны с медленным (вязким) разрушением изделия, а внезапные отказы - с хрупким разрушением изделия.

Износ – изменение размеров, формы и состояния поверхности сварного соединения. При износе наблюдается углубление, увеличивается шероховатость поверхности и имеет место остаточная деформация поверхностного слоя (наклеп).

Среди сварных соединений наиболее склонны к износу сварные соединения, выполненные контактной сваркой.

Износ классифицируют на виды:

- механический износ, возникает  в трущихся элементах;

- абразивный износ, возникает  в результате попадания твёрдых  частиц в зазор между трущимися  элементами;

- коррозионный износ, возникает  при наличии нагрузок и коррозионной  среды;

- усталостный износ, возникает  при переменных нагрузках.

Износ сопровождается разрушением и возникновением поверхностных микротрещин.

В сварных изделиях возникают также усталостные трещины, а также  трещины, связанные с явлением ползучести.

Появление усталостных трещин связано в первую очередь с влиянием концентраторов напряжений (забоины, риски, резкие переходы от шва к основному металлу, от одной толщины к другой, наличие отверстий). При действии переменных нагрузок в наиболее слабом месте изделия, где возникают остаточные напряжения, превышающие предел выносливости, появляются микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные трещины, которые приводят к внезапному разрушению соединения (отказу) без видимых пластических деформаций.

Большое влияние на усталость оказывает изменение температурных условий эксплуатации (теплосмены) и воздействие коррозионной среды.

При этом разрушение соединения происходит при значительно меньших напряжениях. Появление трещин ползучести связано с медленным нарастанием во времени пластической деформации материала при длительных механических воздействиях и нагреве.  

Материалы и сварные соединения, работающие длительное время при высоких температурах, постепенно разрушаются при напряжениях значительно меньших предела текучести.

На появление трещин усталости и ползучести оказывает влияние низкая пластичность металла, наличие дефектов – несплошностей в сварном шве, а также структурные изменения, связанные с упрочнением и разрупрочнением металла в процессе эксплуатации..

При эксплуатационном контроле важно фиксировать не только появление трещин, но и знать кинетику их развития во времени. Исследование кинетики развития трещин и разрушений является задачей технической диагностики сварного соединения.

Техническая диагностика – занимается установлением и изучением признаков, характеризующих техническое состояние изделий, для предсказания возможных отклонений контролируемых параметров ( например, длина трещины или толщина изделия) за допустимые пределы, вследствие чего возникают внезапные отказы.

Техническая диагностика даёт возможность оценить продолжительность эксплуатации изделия, т.е. его долговечность при появлении дефектов. Методы технической диагностики применяют для рациональной организации контроля работоспособности сварных изделий в процессе эксплуатации. Методы  технической диагностики разделяют на:

•экспериментальные;

•расчётные.

В расчётных методах определяют напряжённое состояние контролируемого сварного изделия при наличии дефектов. При этом выполняют моделирование состояния дефектного соединения с помощью компьютерной техники.

К экспериментальным методам исследования работоспособности дефектного соединения, относят механические испытание, например, испытания на хрупкость (трещиностойкость), используемое в механике разрушение, для оценки стойкости сварного соединения к хрупкому разрушению.

Испытания на хрупкость проводятся на сварных соединениях со статическим изгибом образца, у которого выполнен надрез, в вершине которого имеется искусственная усталостная трещина. Образец нагружают до момента быстрого (нестабильного) развития трещины. Затем по величине нагрузки и длине трещины рассчитывают коэффициент интенсивности напряжения:

КIC = σа √π lтр , 

σа- максимальное (амплитудное) напряжение,  

lтр- длина трещины, при которой начинается быстрый ее рост;

Этот коэффициент является главным критерием оценки хрупкости разрушения сварного соединения.

Если   σ √ π l  <  КIC , где σ- напряжение в данный момент нагружения, а l – текущая длина трещины, то трещина не развивается и разрушение не наступает. Если  σ √ π l > КIC   ,то трещина нестабильна, быстро развивается по длине и возникает хрупкое разрушение.

Испытания  на хрупкость проводят  для различных условий нагружения, что позволяет установить ресурс работы изделия и оценить вероятность возникновения отказа. Зная коэффициент интенсивности напряжения и предел текучести металла можно по приведенной формуле определить критическую величину трещины, превышение которой вызывает хрупкое разрушение сварного соединения.

Аналогичные коэффициенты можно определить не только при статических, но и динамических нагружениях.  

Большую информацию по определению характера зон разрушения и связь её с дефектами и концентраторами дают методы фрактографии (  методы анализа изломов).

По виду излома можно определить пластичность или хрупкость металла, или сварного изделия.

Пластичные вязкие металлы дают волокнистый (с выступами) серый излом с матовой поверхностью, т.к. характеризуются  мелкозернистой структурой. Хрупкие материалы имеют  блестящий , кристаллического вида излом, т.к. характеризуются крупнозернистой структурой. Для изучения макро- и микроизломов  используют металлографические  и электронные микроскопы.

По виду излома можно судить также о дефектах сварного шва:

-поры выглядят как  округлые или вытянутые пустоты;

-горячие трещины имеют  темную окисленную поверхность;

-холодные трещины имеют  блестящую поверхность;

-металлические включения  имеют вид пустот с острыми  краями;

-оксидные пленки, например  на алюминиевых сплавах, имеют  волокнистый вид.

К экспериментальным методам технической диагностики относят также  методы толщинометрии, структуроскопии и интроскопии, являющиеся методами неразрушающего контроля.

 

Использование методов неразрушающего контроля в структуроскопии, толщинометрии и интроскопии сварных изделий.

 

Под структуроскопией понимают контроль химического состава и неоднородностей структуры сварного соединения по анализу его физико-химических свойств.

К методам структуроскопии относятся:

-Ультразвуковой  структурный анализ. Он  основан на определении амплитуды ультразвуковых сигналах, полученных на разных частотах, в зависимости от величины зерна или глубины межкристаллической коррозии.

-Вихретоковый структурный анализ. Он основан на зависимости величины электропроводности металла от его структурного состояния.

-Магнитный структурный  анализ. Он основан на зависимости  магнитных свойств металла при  изменении его структуры. 

К методам толщинометрии относят:

- Радиационный метод.  Он основан на зависимости  интенсивности ионизирующего излучения, прошедшего через контролируемый объект, от его толщины.

-Ультразвуковой  метод. Реализовывается в виде эхо-импульсного и резонансного методов. Эхо-импульсныйметод основан на определении времени прохождения импульса до обратной поверхности и обратно, а резонансный метод основан на определении частоты ультразвуковых колебаний, при которой в контролируемом объекте возникают «стоячие волны», обусловленные явлением резонанса.

-Токовихревой  метод. Он основан на измерении  величины электросопротивления материала при изменении его  толщины.

К методам интроскопии,  основанной на визуальном наблюдении внутреннего строения контролируемого объекта относят:

-Рентгеноскопический  метод. Он основан на преобразовании  ионизирующего излучения, прошедшего  через объект, в электронное изображение  на экране видеомонитора с  использованием рентгенотелевизионныхустановок.

-Метод  рентгеновской вычислительной томографии..

Он решают обратную задачу интроскопии, когда по объёмной информации измерения интенсивности излучения, прошедшего через контролируемый объект в различных направлениях, создаётся светотеневое изображение структуры контролируемого слоя изделия на экране видеомонитора.

-Тепловой  метод. Он основан на получении  видимого изображения структуры  контролируемого объекта по его тепловому излучению.

-Метод  ультразвуковой  томографии. Он позволяет получить на видеомониторе  поперечное сечение контролируемого объекта с указанием места  расположения дефекта и его координатами.

 

Статистические методы контроля.

 

Статистические методы контроля относятся к методам активного контроля, использующимся в крупносерийном и массовом производствах и обеспечивающим управление качеством продукции. В условиях крупносерийного и массового производства сплошной контроль, применяемый для особо ответственных изделий, не возможен. К тому же сплошной контроль еще не гарантирует сплошное качество, т.к. при сплошном контроле контролер быстро устает,  его внимание ослабевает и в результате он может  пропустить дефектное изделие и забраковать годное изделие. Кроме того при сплошном контроле требуется увеличение численности контролирующего персонала учитывая, что трудоемкость контроля нередко превышает трудоемкость самих технологических операций.  В этих условиях выход может быть найден в использовании статистических методов контроля. Статистические методы контроля основаны на использовании методов теории вероятности и математической статистики при выборочном контроле небольшой по количеству изделий выборке (части партии)и оценивании по ее результатам качества всей партии.

Статистические методы  контроля можно разделить на две группы:

1.Статистический  приемочный контроль готовой  продукции.

2.Статистическое  регулирование качества технологических  процессов. 

Для организации статистического приёмочного контроля готовой продукции разрабатывают систему правил - план контроля. План контроля включает такие вопросы, как: объём контролируемой выборки, процедуру отбора изделий в выборку, процедуру принятия решений о приёмке партии или дальнейшем продолжении контроля, методику получения обобщённых статистических характеристик и т.д.

Различают приёмочный контроль по количественному и качественному показателям. К количественным показателям относят:

-среднее  число дефектов на сварной  шов;

-среднюю  длину дефектов на стык или  погонный метр шва и др.

К качественным показателям относят:

- долю дефектных изделий в партии;  

- долю бракованных изделий в партии.

При принятии решения о приёмке партии или продолжении контроля могут быть предусмотрены две схемы.

1)Одноступенчатый  контроль. Решение принимается по  результатам контроля только  одной выборки.  

2)двухступенчатый  контроль. Решение принимается на  основании контроля двух последовательных  выборок.     

Если по результатам двухступенчатого контроля обнаруживается брак, то контроль ведут всей партии.

Статистическое регулирование качества технологического процесса является методом предупредительного контроля, и заключается в том, что в определённые моменты времени контролируют параметры продукции и определяют их отклонения от установленных значений.  Одним из основных условий качества  массовой продукции является ее однородность, т.е. соответствие любого числа изделий требованиям, заданным на чертеже, в технических условиях или стандарте. Однако в массовом производстве даже при  стабильном состоянии оборудования и устойчивой наладке технологического процесса изготовленные изделия имеют различные отклонения от требований, вызываемые двумя группами причин.

Одна группа причин обусловлена систематически повторяющимися отклонениями, например, в связи с износом установочных элементов сборочно-сварочных приспособлений. Эти причины не случайны и их необходимо устранять. Другая группа причин обусловлена  случайными отклонениями. Они связаны, например с внезапными изменениями режима работы оборудования. Эти причины не постоянны и их заранее  устранить невозможно.  Поэтому, в процессе изготовления продукции необходимо систематически следить за возникающими отклонениями и оперативно реагировать на них, не допуская разладки технологического оборудования и технологического процесса в целом, и тем самым, обеспечивая  управления качеством.