Визуальный и измерительный контроль сварных соединений

Методические указания к выполнению лабораторной работы

ПМ.04. Дефектация сварных швов и контроль качества сварных соединений

по профессии СПО 15.01.05.

Сварщик (электросварочные и газосварочные работы)

Составил: Баранов Владимир Ильич мастер производственного обучения

Седельниково, Омской области, 2015

Рекомендации разработаны в соответствии с Письмом Минобразования РФ от 05 апреля 1999 N 16-52-58ин/16-13 "О рекомендациях по планированию, организации и проведению лабораторных работ и практических занятий в образовательных учреждениях среднего профессионального образования", требованиями ФГОС СПО, порядком организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам среднего профессионального образования, утвержденным Министерством образования и науки Российской Федерации приказ № 464 от 14 июня 2013 года.

ПМ.04. Дефектация сварных швов и контроль качества сварных соединений

Тема: Неразрушающий контроль.

Тема занятия: лабораторная работа «Визуальный и измерительный контроль сварных соединений».

Время: 2 часа.

Цель работы — приобретение навыков в определении качества сварных соединений посредством визуального и измерительного контроля.

Задачи занятия:

Обучающие:

Формирование у студентов профессиональных навыков в определении качества сварных соединений посредством визуального и измерительного контроля.

Развивающие:

Формирование у студентов умения оценивать свой уровень знаний и стремление его повышать.

Воспитательные:

Воспитание у студентов аккуратности, трудолюбия, бережного отношения к оборудованию и инструментам.

Дидактические задачи:

Закрепить полученные знания, приемы, умения и навыки по определению качества сварных соединений посредством визуального и измерительного контроля.

Требования к результатам усвоения учебного материала.

Студент в ходе освоения темы занятия и выполнения лабораторной работы должен:

иметь практический опыт:

- определения причин дефектов сварочных швов и соединений.

уметь:

- проверять качество сварных соединений по внешнему виду и излому;

- выявлять дефекты сварных швов и устранять их.

знать:

- требования к сварному шву;

- виды дефектов в сварных швах и методы их предупреждения и устранения;

- строение сварного шва, способы их испытания и виды контроля;

- причины возникновения внутренних напряжений и деформаций в свариваемых изделиях и меры их предупреждения.

В ходе занятия у студентов формируются 

Профессиональные компетенции:

ПК 4.2. Определять причины дефектов сварочных швов и соединений.

ПК 4.3. Предупреждать и устранять различные виды дефектов в сварных швах.

Общие компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы.

ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, клиентами.

Литература:

Основные источники:

-Чебан В. А. Сварочные работы /В. А. Чебан.- Изд. 7-е.- Ростов н/Д : Феникс, 2010. (Начальное профессиональное образование).

-Маслов В. И. Сварочные работы: Учеб. для нач. проф. образования: Учеб. пособие для сред. проф. образования - М.: ПрофОбрИздат, 2002.

Дополнительные источники.

- Г.Г Чернышов. Справочник электрогазосварщика и газорезчика: учеб. пособие для нач. проф. образования – М. : Издательский центр «Академия», 2006.

- М.Д. Банов Ю.В. Казанов «Сварка и резка материалов», Учебное пособие – М: ОИЦ «Академия», 2009г.

- Овчинников В. В. Оборудование, техника и технология сварки и резки металлов: учебник/ В.В.Овчинников.- М.: КНОРУС, 2010.-(Начальное профессиональное образование).

- А.И. Герасименко «Основы электрогазосварки», Учебное пособие – М: ОИЦ «Академия», 2010г

-В. Г. Лупачев «Ручная дуговая сварка» учебник –Мн.; Выш. шк., 2006.

теоретические основы

Визуальный контроль — один из наиболее простых и общедоступных видов неразрушающего контроля, обеспечивающий высокую производительность. Визуальный и измерительный контроль применяют в двух вариантах:

• внешний осмотр сварных соединений и измерение их геометрических параметров после изготовления партии деталей;

• активный внешний осмотр — контроль в процессе сварки с оперативной обратной связью для регулирования технологических режимов.

Визуальный и измерительный контроль выполненных сварных соединений (конструкций, узлов) производят с целью выявления деформаций, поверхностных трещин, подрезов, прожогов, наплывов, кратеров, свищей, пор, раковин и других несплошностей и дефектов формы швов, проверки геометрических параметров сварных швов и допустимости обнаруженных дефектов. Качество сварных соединений считается неудовлетворительным, если выявлены недопустимые дефекты.

Подготовка к визуальному и измерительному контролю.

Визуальный и измерительный контроль сварных соединений осуществляют до использования остальных неразрушающих методов контроля (радиационный, ультразвуковой и др.). Перед визуальным контролем поверхность основного металла и сварных соединений очищают от шлака, брызг металла, ржавчины и других загрязнений, которые препятствуют проведению контроля (на контролируемых поверхностях допускается наличие цветов побежалости, когда это оговорено в производственно-технической документации).

Геометрические параметры сварных швов измеряют после визуального контроля или одновременно с ним. Измерение деталей, подготовленных под сварку, производят до их сборки.

При визуальном и измерительном контроле сварных соединений контролируемая зона должна включать в себя поверхность металла шва и примыкающие к нему с обеих сторон участки основного металла шириной не менее:

■ 5 мм — для стыковых соединений, выполненных дуговой и контактной сваркой оплавлением при номинальной толщине свариваемых деталей до 5 мм включительно;

• номинальной толщины деталей (5... 20 мм) — для стыковых соединений, полученных дуговой или электронно-лучевой сваркой, а также контактной сваркой оплавлением;

• 20 мм — для стыковых соединений, выполненных дуговой и контактной сваркой оплавлением при номинальной толщине деталей более 20 мм, а также стыковых и угловых соединений, полученных газовой сваркой, независимо от номинальной толщины деталей, в частности, при ремонте дефектных участков сварных соединений;

• 5 мм — для угловых, тавровых, торцевых и нахлесточных сварных соединений (в том числе при сварке труб с трубными досками), выполненных дуговой сваркой, независимо от номинальной толщины деталей;

• 50 мм — для сварных соединений, полученных с помощью электрошлаковой сварки, независимо от номинальной толщины деталей.

Параметры шероховатости очищенных для выполнения контроля поверхностей деталей, сварных соединений и кромок деталей, подготовленных под сварку, не должны превышать Rа 12,5 мкм и Rz 80 мкм.

Инструмент, шаблоны, эталоны.

При визуальном и измерительном контроле применяют:

• лупы с увеличением до 20^х, в том числе измерительные;

• металлические линейки;

• поверочные лекальные угольники;

• штангенциркули и штангенглубиномеры;

• щупы;

• угломеры с нониусом;

• индикаторные толщиномеры;

• микрометры;

• микрометрические и индикаторные нутромеры;

• эталоны сварных швов;

• калибры;

• эндоскопы;

• шаблоны, в том числе специальные и универсальные (например, типа УШС), радиусные, резьбовые и др.;

• поверочные плиты;

• плоскопараллельные концевые меры длины с набором специальных принадлежностей;

• штриховые меры длины (стальные измерительные линейки и рулетки);

• микроскопы;

• зеркала.

Для контроля основного металла и сварных соединений при изготовлении (строительстве, монтаже, ремонте и реконструкции) технических устройств и сооружений используют лупы с увеличением 2^х—7^х, а для оценки состояния технических устройств и сооружений в процессе их эксплуатации — до 20^х.

Техника измерительного контроля.

Измерительный контроль геометрических параметров сварного соединения (размеры элементов сварных швов, взаимное расположение осей или поверхностей деталей, глубина впадин между валиками шва, выпуклость и вогнутость корня одностороннего шва и т.д.) следует производить на участках, указанных в рабочих чертежах, а также там, где соответствие указанных показателей допустимым значениям вызывает сомнение по результатам визуального контроля.

Выпуклость (вогнутость) стыкового шва оценивается по максимальной высоте (глубине) расположения поверхности шва от уровня лицевой поверхности деталей. В том случае, когда уровни лицевых поверхностей деталей одного типоразмера (диаметр, толщина) не совпадают, измерения следует производить относительно той поверхности, которая расположена выше (рис. 1, а). Если несовпадение уровней поверхностей деталей связано с их разной толщиной, то оценку выпуклости (вогнутости) поверхности шва выполняют относительно линии, соединяющей края поверхности шва в одном сечении (рис. 1, б). Выпуклость (вогнутость) стыкового и узлового швов определяют универсальными или специальными шаблонами.

а б

Рис. 1. Измерение выпуклости g стыкового шва при разном уровне лицевых поверхностей деталей, вызванном их смещением при сборке соединения под сварку (а) и неодинаковой толщиной деталей (б)

Выпуклость (вогнутость) шва с обратной стороны оценивается по максимальной высоте (глубине) поверхности шва относительно соответствующей поверхности деталей.

Дефекты сварных соединений и причины их образования.

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

К внутренним дефектам сварных швов относятся поры, твердые включения шлака или инородного металла, непровары, внутренние трещины разного рода, макронесплошности и дефекты структуры, к наружным — дефекты формы сварного шва (неравномерность его сечения) и вышедшие на поверхность шва поры, свищи, трещины и подрезы. Однако подобное разделение дефектов на две группы весьма условно, так как многие наружные дефекты оказываются следствием существования, а зачастую и внешним проявлением внутренних дефектов.

Трещина сварного соединения — дефект сварного соединения в виде разрыва в сварном шве и (или) прилегающих к нему зонах.

Трещины являются наиболее опасными дефектами сварного шва и могут быть микро- или макроскопическими, а в зависимости от условий их образования — горячими или холодными. Горячие трещины, обычно расположенные в металле шва, образуются в процессе его кристаллизации при температурах ниже линии солидуса для данного металла при сварке. Горячие трещины возникают вследствие резкого снижения пластичности металла и развития растягивающих напряжений.

Холодные трещины образуются на этапе завершения охлаждения шва и в течение некоторого периода после сварки. При образовании холодных трещин определяющими являются три фактора: наличие закалочных структур, повышенный уровень напряжений первого рода и насыщенность металла водородом.

В соответствии с ГОСТ 2601—84* различают несколько типов трещин сварных соединений.

Продольные трещины проходят вдоль оси сварного шва, могут возникать в металле шва, на границе сплавления, в зоне термического влияния и основном металле. Конфигурация трещин определяется главным образом формой линии сплавления основного металла и шва. Продольные трещины появляются вследствие высокотемпературной хрупкости металла (горячие трещины) или его замедленного разрушения (холодные трещины).

Поперечные трещины ориентированы в направлении, перпендикулярном оси сварного шва, образуются в металле шва, зоне термического влияния и основном металле. Такая ориентация трещин связана с влиянием продольных составляющих сварочных напряжений. Причины возникновения поперечных трещин те же, что и у продольных трещин. Поперечные трещины также бывают горячими и холодными.

Разветвленные трещины имеют ответвления в разных направлениях. Такие трещины могут располагаться в металле сварного шва, зоне термического влияния и основном металле. Конфигурация этих трещин определяется микроструктурой зон сварного соединения и характером термических, фазовых, ликвационных и механических напряжений. Причины появления разветвленных трещин те же, что и у продольных.

Вогнутость корня шва — углубление на поверхности обратной стороны одностороннего сварного шва, образовавшееся вследствие его усадки. Такой дефект возникает при отклонении параметров сварочного процесса от номинальных значений.

Свищ представляет собой воронкообразное углубление в сварном шве, вызванное выделением газа. Форма и положение свища зависят от режима кристаллизации сварочной ванны.

Непровар (рис. 2) — это дефект в виде несплавления в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков сварного шва.

Наиболее характерным местом проявления такого дефекта при односторонней стыковой сварке без скоса кромок является корень шва.

В случае двусторонней сварки непровар чаще всего возникает в центре сварного шва и по границам сплавления между металлом шва и основным металлом. Непровар в корне шва образуется в результате неполного проплавления основного металла.

Рис. 2. Непровар (1) корня углового и стыкового односторонних (а) и стыкового двустороннего (б) сварных швов.

Появление непровара может быть вызвано загрязнением кромок или их неправильной подготовкой (например, уменьшенным углом скоса), недостаточной силой сварочного тока, повышенной скоростью сварки или применением электродов чрезмерно большого диаметра.

Прожог сварного шва — это сквозное отверстие в шве, образовавшееся в результате вытекания части металла сварочной ванны. Причинами прожога являются избыточная погонная энергия, заниженная скорость сварки, чрезмерный зазор между свариваемыми деталями и др. Особенно часто прожог возникает при сварке тонких деталей, когда ширина сварочной ванны превышает толщину деталей.

Подрез зоны сплавления (рис. 3) представляет собой дефект в виде углубления по линии сплавления сварного шва с основным металлом. Причинами появления подрезов зоны сплавления являются высокая интенсивность режима (большая сила сварочного тока и завышенная скорость сварки), смещение электрода относительно оси шва, неудобное пространственное положение шва.

Рис. 3. Подрезы (1) зоны сплавления в угловом (а) и стыковых одностороннем (б) и двустороннем (в) сварных швах.

Наплыв на сварном соединении — это дефект в виде натекания металла шва на поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Причинами возникновения наплыва являются избыточная сила тока при длинной дуге и большой скорости сварки, увеличенный наклон свариваемых деталей при сварке на подъем и спуск или неправильное манипулирование электродом.

Кратер — это углубление, образующееся в конце валика вследствие объемной усадки металла сварного шва. Размеры кратера зависят от режима сварки. Кратеры снижают прочность сварных соединений.

Дефекты, возникающие при точечной и шовной контактной сварке, подразделяются на наружные и внутренние. Основные причины образования наружных дефектов при контактной сварке представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Внешний контроль точечных сварных соединений производят с применением несложного измерительного инструмента и лупы с небольшим увеличением.

Необходимо, чтобы вмятина от электрода была отчетливо видна на поверхности деталей, имела форму окружности и равномерную глубину. При сварке коррозионно-стойких сталей и хромоникелевых сплавов сварная точка должна быть окружена кольцом цветов побежалости желтого оттенка. В случае сварки низкоуглеродистых сталей это кольцо может иметь черный цвет, а при сварке алюминиевых, магниевых и медных сплавов цвета побежалости отсутствуют.

ОБОРУДОВАНИЕ И ОБРАЗЦЫ

Для выполнения лабораторной работы потребуются:

измерительная металлическая линейка по ГОСТ 427—75*;

лупа;

универсальный шаблон;

эталоны сварных швов;

набор сварных образцов с характерными дефектами.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Изучите названия, определения и причины образования дефектов в сварных соединениях.

2. На образцах измерьте ширину и выпуклость сварного шва с лицевой и обратной стороны. Сравните полученные результаты измерений с данными нормативных документов, регламентирующих геометрические параметры шва для выбранного способа сварки, типа соединения и толщины свариваемого материала. При измерениях швов пользуйтесь универсальным шаблоном, штангенциркулем и линейкой. Отметьте на образцах участки швов, где их размеры выходят за допустимые пределы.

3. С помощью лупы выявите трещины, поверхностные поры, подрезы, кратеры и выплески.

ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Напишите отчет, в котором укажите название и цель работы, применяемое оборудование и образцы.

Приведите эскизы сварных швов с дефектами, отметив для каждого образца способ сварки и типы выявленных наружных дефектов.

Сформулируйте выводы по результатам работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие параметры контролируют при инструментальном контроле сварных швов?

1. Какова цель внешнего осмотра?

2. Какие дефекты выявляют внешним осмотром?

3. Какие инструменты применяют при внешнем и инструментальном контроле сварных соединений?