МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ И ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Качество сварного или паяного соединения в зависимости от назначения изделия должно отвечать требованиям по следующим показателям: прочность и надёжность; макро- и микрогеометрия соединения и шва; дефектность соединения; структура и химический состав металла шва и др.

Согласно требованиям международной Системы менеджмента качества, изложенной в ГОСТ Р ИСО 9000-2008, сварка (пайка) относится к специальным процессам производства, т.е. к таким процессам, результаты которых нельзя полностью проверить последующим контролем, испытанием продукции и т.д. Например, выявление дефектов только в процессе использования продукции. В соответствии с вышеуказанным стандартом такие процессы должны выполнять квалифицированные операторы и (или) параметрами процессов постоянно контролировать и управлять для обеспечения выполнения установленных требований.

Отличительной особенностью специальных процессов, в том числе и сварки (пайки), является то, что результат их воздействия на объект производства можно проконтролировать только косвенными методами (методами неразрушающего контроля, использованием образцов-свидетелей или технологических образцов), или методами, приводящими к разрушению продукции. Последнее неприемлемо для производства и можно использовать только как периодическая проверка или выборочный контроль от партии. Поэтому специальным процессам уделяют особое внимание, жёстко регламентируя требования ко всем составляющим производственного цикла: подготовке персонала, применяемому оборудованию и оснастке, основному и вспомогательным материалам, производственной среде, ведению контроля на всех стадиях процесса и др.

От качества соединений во многом зависит работоспособность сварных изделий и конструкций, а, следовательно, и их безопасность в процессе эксплуатации. В сварочном производстве доля исправления сварных швов (доля брака) достаточно высока. На монтажных работах она может достигать 15-25%, в заводских условиях 3-5%. При неудовлетворительном качестве сварки затраты на ликвидацию последствий брака из-за отказов и аварий сварных изделий в большинстве случаев оказываются существенно превышающими производственные затраты на технологические операции; иногда же последствия брака могут быть катастрофическими. Поэтому роль контроля качества в процессе производства сварных и паяных конструкций трудно переоценить.

Качество сварных изделий зависит от целого ряда факторов: соответствия материала техническим условиям; состояния оборудования и оснастки; состояния нормативно-технической документации; соблюдения технологической дисциплины; квалификации работающих.

Сварные и паяные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, т. е. проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин и т. п., а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаблонами, с помощью контрольных приспособлений. Особенно тщательно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку, проверяют специальными шаблонами, а качество поверхности - с помощью оптических приборов или специальными микрометрами. Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток и т. д. Качество сборки и прихватки определяют, в основном, наружным осмотром и обмером.

Наиболее ответственным моментом является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют процессы сварки либо полученные детали.

Контроль процессов предотвращает появление систематических дефектов, он особенно эффективен при автоматизированной сварке. Сварочные процессы можно контролировать по образцам технологических проб или по регистрации параметров режима сварки.

Контроль изделий производят пооперационно или после окончания изготовления. При контроле качества выполнения сварки обычно регламентируют: допустимые виды, форму, размеры и количество дефектов; виды и объёмы контроля - разрушающих и неразрушающих испытаний.

 

Дефекты сварных и паяных соединений

Дефектами сварных и паяных соединений называют различные отклонения от установленных норм и технических требований, возникающие в процессе образования сварных и паяных соединений в металле шва и зоне термического влияния и приводящие к снижению эксплуатационной надёжности конструкций, ухудшению их работоспособности и внешнего вида.

В табл. 4.1 приведены основные виды дефектов сварных швов, полученных, например, дуговой сваркой и причины их образования.

Дефекты сварных соединений можно различать по месту их расположения на наружные и внутренние.

К наружным дефектам относятся кратеры, наплывы, свищи, подрезы, прожоги, неравномерность формы шва.

К внутренним дефектам относятся поры, включения шлака, непровары, несплавления, трещины, недопустимые структурные изменения металла - перегрев, пережог и другие.

 

Наличие любых дефектов в сварных соединениях ещё не определяет потерю их работоспособности. Опасность дефектов наряду с влиянием их собственных характеристик (типы, виды, размеры, формы и т. п.) зависит от множества конструктивных и эксплуатационных факторов. Изучение этого вопроса представляет большие трудности с практической и теоретической стороны. В большинстве случаев степень влияния любого дефекта на работоспособность конструкций устанавливается испытанием образцов с дефектами.

Установлено, что выпуклость шва не снижает статической прочности, однако существенно влияет на усталостную прочность. Чем больше выпуклость шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее она снижает предел выносливости.

Опасным дефектом является подрез. Считаются допустимыми подрезы небольшой протяжённости, ослабляющие сечение шва не более чем на 5%, в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок.

Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений, что приводит к снижению выносливости конструкции. Наплывы, имеющие большую протяжённость, считают недопустимыми дефектами, так как они, кроме того, что вызывают концентрацию напряжений, нередко сопровождаются непроварами.

Кратеры, как и прожоги, являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.

 

Табл.4.1 Основные виды дефектов сварных швов,

полученных электродуговой сваркой и причины их образования

 

При пайке возможны следующие дефекты.

Смещение паяемых элементов. Оно возникает при недостаточно точной сборке деталей под пайку, отсутствии фиксации и закрепления деталей.

Раковины в швах. Их причиной чаще всего могут быть усадочные явления, возникающие при кристаллизации припоя, особенно если в этот момент не поступает жидкий припой с периферийных участков. Вероятность возникновения усадочных раковин возрастает при увеличении зазоров.

Пористость в паяном шве. Она наблюдается в тех случаях, когда пайка ведется при повышенной температуре, в результате испаряются отдельные компоненты припоя или флюса. Причиной пористости при газопламенной пайки является наличие влаги во флюсе или на поверхности прутка припоя в виде адсорбированного слоя. При диффузионной пайке пористость возникает при некомпенсированной диффузии между жидкой и твердой фазами.

Флюсовые и шлаковые включения. Их появлению в шве способствуют следующие факторы: неправильный выбор флюса, когда температура его плавления выше температуры плавления припоя или его удельная плотность больше удельной плотности припоя; плохая подготовка поверхности под пайку; нарушение режимов пайки. Так, чрезмерный и длительный нагрев может привести к химическому взаимодействию между флюсом и основным металлом, в результате образуются твердые продукты реакции.

Трещины. Они возникают в шве, зоне спая и основном металле, непосредственно примыкающем к ней. В шве трещины образуются в процессе кристаллизации припоя. По характеру они относятся к кристаллизационным трещинам, зарождение которых вызывается внутренними растягивающими напряжениями и низкой пластичностью материала шва, состоящего из зерен, разделенной жидкой прослойкой. Отмечено, что, чем шире интервал кристаллизации припоя, чем больше в нем легкоплавких примесей, тем вероятнее появление таких дефектов. Во избежание трещин в шве перемещать детали до полного затвердевания припоя не допускается. Трещины в зоне спая возника­ют под влиянием напряженного состояния и из-за низких пластиче­ских свойств припоя и зоны спая, что имеет место при пайке сталей, склонных к закалке. Трещины в основном металле образуются под воздействием жидкого припоя, который диффундирует по границам зерен, растворяет их и может ослабить межзеренные связи. Чаще все­го это явление наблюдается при пайке деталей, изготовленных штамповкой, гибкой или подвергавшихся каким-либо видам деформации. Поэтому перед пайкой такие детали следует термообрабатывать для снятия внутренних напряжений. Необходимо отметить, что по сравнению со сваркой при пайке трещины образуются значительно реже.

Непропаи. Образование этих дефектов объясняется следующими причинами:

а) зазор больше установленного оптимального зазора для данного основного материала и припоя;

б) плохое качество подготовки поверхности под пайку;

в) недостаточный нагрев участка паяемого соединения;

г) окисление припоя, наличие в нем примесей;

д) невозможность выхода газов, выделяющихся при пайке. Для устранения этого явления в деталях, представляющих замкнутые объемы, сверлят специальные технологические отверстия.

Деформации. Как и при сварке, могут быть местными и общими для всего изделия. Они являются следствием неравномерного нагрева и охлаждения, а также недостаточно точной сборки. Более значительные деформации возникают при пайке деталей разной толщины и соединений из материалов с резко отличающимися температурными коэффициентами линейного расширения.

Могут иметь место также и дефекты формы шва - несоответствие размеров паяных швов по высоте и ширине требованиям нормативно-технической документации. Причины этого - неточности сборки и нарушения режимов пайки.

Исследования показали, что при статических нагрузках и пластических материалах потеря прочности примерно пропорциональна общей площади дефектов - включений и непроваров. Причём если общая площадь дефектов меньше 5-10% (иногда и 20-25%), то эти дефекты мало влияют на несущую способности стыков, особенно при швах с выпуклостью. В то же время при малопластичных материалах и динамической или вибрационной нагрузках сравнительно небольшие дефекты существенно влияют на работоспособность соединения. Остаточные напряжения могут повышать отрицательное влияние дефектов.

Для оценки опасности дефектов их целесообразно разделить на две группы: объёмные (поры, шлаки, включения, непровары без подреза) и трещиноподобные. Объёмные дефекты не оказывают значительного влияния на работоспособность соединений, эти дефекты можно нормировать по размерам или площади ослабления сечения шва. Трещиноподобные дефекты, в том числе трещины, весьма опасны и резко снижают эксплуатационные свойства соединений.

Дефекты по их значимости можно условно распределить по трём группам: малозначительные, значительные и критические. К малозначительным относят отдельные включения и непровары, к значительным - протяжённые дефекты и к критическим - трещиноподобные. Поэтому в сварных швах допускается содержание объёмных дефектов до определённых размеров и количеств. Трещиноподобные дефекты считают недопустимыми независимо от их размеров. Поэтому для получения сварных и паяных соединений высокого качества требования бездефектности и нормирования допустимых дефектов следует понимать как требование отсутствия недопустимых дефектов, а не их полного отсутствия.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: