Сваркой давлением называют спосо­бы, в которых для получения шва прила­гают значительные механические усилия - сдавливание. Это диффузионная сварка (сдавливание хорошо подогнанных по­верхностей), сварка трением, контактная сварка, в том числе контактная сварка оп­лавлением и др. Для этих видов сварки характерно возникновение дефектов типа слипания или оксидных плен, когда по­верхности оказываются соединенными, но соединение очень хрупкое, прочность его в десятки раз меньше, чем обычного шва. Такие дефекты пропускают почти без из­менений все виды излучений, применяе­мых в неразрушающем контроле. Пробле­ма их надежного обнаружения до настоя­щего времени полностью не решена.

Ультразвуковые волны также прохо­дят через слипание с минимальным отра­жением. Однако часто слипание сопрово­ждается непроварами с конечной шириной

раскрытия, хорошо отражающими ультра­звук. Оценивая качество сварки по выяв­ляемым непроварам, удается значительно снизить общую дефектность сварных со­единений.

Стыковая контактная сварка оп­лавлением широко используется для из­готовления стыковых соединений котель­ных труб, трубопроводов, инструментов, рельсов и других изделий. Сварку выпол­няют путем стыковки свариваемых по­верхностей, оплавления их протекающим между ними большим электрическим то­ком, а затем быстрого и сильного сдавли­вания. Расплавленный металл частично выдавливается, образуя грат.

Длительность сварки - несколько ми­нут. При правильной технологии сварки вероятность появления дефектов очень мала. Наиболее опасные дефекты: трещи­ны, непровары, слипания, возникшие по всему сечению шва. Другие дефекты: рых­лости (пережоги), пузыри (свищи), кра­терные усадки, силикатные скопления. Причины возникновения дефектов: плохая обработка поверхности под сварку, нару­шение технологии сварки.

Опасность возникновения дефектов, не выявляемых неразрушающими метода­ми, не допускает применения контактной сварки оплавлением в атомной энергетике и других подобных ответственных облас­тях.

На рис. 5.54 показаны возможные схемы контроля таких соединений [7]. Схему а используют, например, при кон­троле инструмента с торца хвостовика, схемы 6 ив пригодны для контроля раз­личных объектов. Дефекты сварки давле­нием располагаются в плоскости очень тонкого слоя сварки, поэтому они отра­жают ультразвук зеркально. Лишь на кра­ях дефектов возникают волны дифракци­онного типа. Для обнаружения таких де­фектов более эффективны схема контроля прямым преобразователем (рис. 5.54, а) и эхозеркальный метод по схеме рис. 5.54, в. Способ контроля совмещенным преобра­зователем (рис. 5.54, б) наименее эффекта-

вен. Применяют высокие частоты -2,5 МГц и более. Вопросы контроля кон­тактной сварки оплавлением рельсов рас­смотрены в разд. 5.1.6.5.

По исследованиям одного из авторов книги, слипания (в изломе для них харак­терна гладкая светлая поверхность) не дают эхосигналов даже при зеркальном отражении УЗ и чувствительности, на­строенной по плоскодонному отверстию диаметром 1 мм. Однако слипания часто сопровождаются непроварами с окислен­ной поверхностью (темными в изломе), которые удовлетворительно выявляются ультразвуком. С учетом этого соединения, выполненные контактной сваркой, целе­сообразно браковать, даже если обнару­жены слабые эхосигналы.

При дефектоскопии соединений, вы­полненных этой сваркой, возникают лож­ные сигналы от валика стыка, оставшегося после недостаточного удаления грата. Практика дефектоскопии таких соедине­ний показывает, что при необходимой чувствительности контроля амплитуды отраженных сигналов от грата соизмери­мы с амплитудами эхосигналов от дефектов.

6)

Рис. 5.55. Схема контроля упора моста, выполненного контактной дуговой сваркой

М. И. Апахов и др. установили, что в сварке труб оплавлением количество сли­паний (блестящие участки в изломе шва) коррелирует с ростом среднего диаметра зерна [10]. У 3-контроль рекомендуется проводить хордовыми преобразователями. Участки, где зафиксированы эхосигналы, подвергать фрактографическому контро­лю (испытаниям на излом). Если в изломе видны крупные зерна и блестящие пятна, бракуется вся партия изделий.

С. И. Кучук-Яценко и др. (Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Ук­раины) показали, что при УЗ-контроле сварных соединений трубопроводов диа­метром 50 ... 1400 мм с толщиной стенки 15 ... 26 мм, выполненных контактной сты­ковой сваркой, наиболее эффективно ис­пользование эхозеркального метода (тан­дем) и ДВМ (метода TOFD), так как эти методы особенно чувствительны к дефек­там, ориентированным перпендикулярно поверхности сканирования, что характер­но для сварных швов, выполненных кон­тактной стыковой сваркой [426, докл. 4.22; 425, с. 302/486]. Одновременное примене­ние метода тандем и ДВМ позволяет по­высить достоверность УЗК, так как при этом уменьшается число ложных сигна­
лов, обусловленных геометрией шва (сме­щение кромок свариваемых стыков, вы­пуклость шва, оставшаяся после удаления грата).

Контроль проводили дефектоскопом USN-50 (или USN-52), преобразователями на частоты 2 ... 5 МГц с углами ввода 50 ... 70°. Также применяли установку ZIPSCAN-3 на частотах 1 ... 10 МГц. Труднее всего выявлялись дефекты типа оксидных плен, но и они давали эхосигна­лы на 4 ... 6 дБ выше структурных помех при контроле дифракционно-временным методом на частоте 2,5 МГц преобразова­телями с углами ввода 50 ... 55°.

Сравнительный анализ УЗ-контроля с данными разрушающих испытаний пока­зал высокую достоверность обнаружения непроваров типа несплошностей и оксид­ных пленок, возможность обнаружения неметаллических включений. Достовер­ность УЗ-контроля при обнаружении всех выявленных при разрушающих испытани­ях непроваров составляет 92 %, а при об­наружении недопустимых (площадью бо­лее 6 мм2) - более 95 %.

Контактная дуговая сварка приме­няется, в частности, при приварке стерж­ней к массивным основным деталям. Сва-

рочной дугой разогревают до плавления конец стержня под защитой керамическо­го кольца. Затем производят осадку стержня в сварочную ванну для сплавле­ния с основным металлом. Расплавленный металл стержня формирует сварной шов и определяет механические характеристики металла шва. В процессе сварки могут возникать несплавления, трещины, поры, оксидные плены, шлаковые включения и непровары.

Сварка применяется, в частности, при приварке упоров к несущим балкам мос­тов. Упоры служат для объединения же­лезобетонных плит проезда со стальными несущими балками моста. В [427, докл. С29] сообщается о разработке мето­дики контроля сварных соединений гиб­ких упоров с балками моста (рис. 5.55, а). Гибкий упор имеет длину L = 125... 200 мм, диаметр d = 22 мм, толщина плиты 8 = = 12 ... 40 мм.

При контроле зеркально-теневым ме­тодом донный сигнал получают от плиты, при установке прямого преобразователя на торец стержня (рис. 5.55, б). Однако амплитуда донного сигнала (1) испытыва­ет вариации до 6 дБ на бездефектных ОК. Переотраженный сигнал от боковых по­верхностей стержня (5) и дефекта (2) мо­жет совпасть с донным сигналом.

Лучшие результаты были получены при контроле эхометодом при установке прямого преобразователя на торец стерж­ня. Выявлялось плоскодонное отверстие
диаметром 5 мм, расположенное вблизи оси упора. Не всегда обнаруживались де­фекты в стороне от оси упора. Дополни­тельный контроль притертым наклонным преобразователем на частоту 5 МГц с углом ввода 50° со стороны боковой по­верхности упора показал, что при этом обнаруживаются дефекты, расположенные по краям упора, глубиной 5 мм и более.

Сварка трением. Сварку трением осуществляют путем взаимного вращения соединяемых деталей с последующим сдавливанием. При сварке трением в сты­ке и в зоне термического влияния металл нагревается до высоких температур, при­обретает структуру с равноосным и резко измельченным зерном, образующимся в результате локализованного выделения тепла в малом объеме нагреваемого ме­талла и высокой скорости охлаждения. Уровень структурных шумов от этой зоны меньше, чем в основном металле. Опасные дефекты - строчечные включения и поры, параллельные плоскости шва. Возникают также трещины, выходящие за пределы зоны сварки.

По рекомендациям О. Р. Заборовского и В. Т. Боброва контроль осуществляют прямым преобразователем со стороны торца привариваемого элемента либо дву­мя наклонными преобразователями с его боковой поверхности [140]. В обоих слу­чаях от возможных дефектов в плоскости шва принимают зеркально отраженные сиг­налы. Отношение сигнал/структурные по-

мехи одинаково для продольных и попе­речных волн на одинаковой частоте. В качестве искусственного дефекта исполь­зовали плоскодонное отверстие диамет­ром 2,3 мм. При контроле на частотах 10 ... 15 МГц надежно обнаруживаются одиночные дефекты диаметром 0,2 ... 0,3 мм. Превышение сигналов над струк­турными шумами около 6 дБ. При пони­жении частоты выявляются только более крупные дефекты.

Сварка трением, в частности, приме­няется для приварки соединительных зам­ков к концам бурильных труб диаметром 60 мм. Рекомендуется вести контроль на­клонным преобразователем, расположен­ным на расстоянии около 200 мм от шва (рис. 5.56) [122]. При этом УЗ-пучок охва­тывает сечение шва на всю толщину. Чув­ствительность настраивают по прорези глубиной 1 мм. Высоту развития дефектов определяют по соотношению амплитуды эхосигналов от дефектов и от торца трубы. Например, установлено, что от риски вы­сотой 1 мм эхосигнал наполовину меньше, чем от торца трубы, а от риски 2 мм при­близительно равен сигналу от торца тру­бы. Отрицательное влияние оказывают разностенность трубы и неравномерная толщина шва. Для определения местопо­ложения шва на линии развертки исполь­зуют отражения от паза и выступа замка. Применение УЗ-контроля снизило количе­ство обрывов на 25 ... 40 %.

В [427, докл. С31] исследовался кон­троль сварки трением роторов турбо­наддува дизельных двигателей низкочас­тотным резонансным методом. Ротор со­стоит из турбинного колеса и вала, изго­товленных из разнородных сталей (рис. 5.57). Сварной шов показан штриховой линией на расстоянии 10 мм от колеса. При сварке могли возникать как неболь­шие трещины, так и крупные трещины, выходящие на поверхность колеса.

Частота собственных колебаний кон­струкции сильно зависела от особенностей формы колеса. В экспериментах микрофон располагался в точках М в различных мес­тах по окружности колеса, а в точках /ь...,/4, наносился удар молотком. Экс­перименты показали, что оптимальными местами ударов являются точки f и /], причем в первой из них удар следует на­носить деревянным молотком, иначе воз­буждались дополнительные колебания, а во втором - медным молотком. В точке f возбуждались собственные частоты по­рядка 1,19 кГц, а в точке fa, - порядка 3,45 кГц. Разброс значений собственных частот в бездефектном изделии был зна­чителен и превосходил изменения частот, вызванные наличием трещин, выходящих на поверхность.

Более чувствительным фактором, сигнализирующим о наличии трещин, ока­залась плохая возбудимость частот собст­венных колебаний. Она была отмечена при нанесении ударов в точках f, распо­ложенных симметрично относительно тре­щин, как наблюдаемых визуально, так и выявляемых капиллярным методом.

Диффузионная сварка. Сварка осу­ществляется сильным сдавливанием изде­лий с хорошо контактирующими поверх-

ностями. Наиболее частое нарушение тех­нологии - неполный физический контакт между поверхностями свариваемых изде­лий, что обусловлено загрязнениями, пло­хим качеством поверхностей. Дефекты - микронные по площади непровары по всему сечению.

Предложена методика измерения ко­эффициента затухания в широком спектре частот [145]. Признак дефектности - по­вышенное затухание высокочастотной части спектра. Определяется частота, со­ответствующая минимуму суммарного спектра донного сигнала, прошедшего через шов, и эталонного радиоимпульса.

Исследование сварки меди с магниевым сплавом показало, что при отклонении от оптимального режима частота, соответст­вующая минимуму суммарного спектра донного сигнала, уменьшилась с 4,62 до 4,33 МГц.

Точечная сварка - частный случай сварки давлением. Процесс близок к кон­тактной сварке оплавлением. Сваривае­мые листы 4 сдавливают электродами 5, 3' (рис. 5.58, а) и пропускают через них электрический ток большой силы. Металл в месте сварки разогревается до плавления (вследствие повышенного сопротивления в месте контакта), и образуется литое ядро 5. При нарушении технологии сварки вместо литого ядра образуется слипание.

Исследования В. Т. Пронякина и др., выполненные методом акустической мик­роскопии, показали, что эффективное от­ражение от границы между свариваемыми листами наблюдается, когда между ними имеется зазор толщиной не менее 0,1 мкм [272]. Метод акустической микроскопии позволяет выполнять измерение диаметра литого ядра с точностью 0,1 мм.

На рис. 5.59 показана возможная схема контроля сварных точек [7]. От из­лучателя И УЗ-волны проходят через верхний лист, попадают на качественно сваренную точку, затем проходят в ниж­ний лист. Интенсивность УЗК, достигаю­щих приемника П, в этом случае очень мала. При наличии дефекта УЗ-лучи отра­зятся от него и попадут на приемник, что регистрируется на экране дефектоскопа. Диаметр сварной точки определяют по длине зоны, в которой при перемещении преобразователя над точкой на экране де­фектоскопа отсутствует импульс. С точки зрения обнаружения слипания данный п

Рис. 5.59. Схема контроля диаметра
литого ядра сварной точки

способ неэффективен, поэтому ультразву­ковой контроль уже сваренных точек по схеме рис. 5.59 не находит широкого при­менения.

Перспективно применение ревербе­рационного метода. Миниатюрный преоб­разователь располагают непосредственно над сварной точкой. Образование литого ядра увеличивает затухание и уменьшает количество многократных отражений по сравнению со слипанием Вариант этого метода изложен далее.

В [425, с. 510/327] предлагается спо­соб и автоматическая установка для кон­троля сварных точек, основанные на изу­чении возможных дефектов точечной сварки и их влияния на прохождение УЗ. При контроле хорошо сваренной точки (рис. 5.60, а) наблюдается последователь­ность эхосигналов, соответствующих мно­гократному прохождению импульсов че­
рез сварную точку. Автоматический клас­сификатор по интервалу между импульса­ми, скорости их ослабления, появлению промежуточных эхосигналов дает заклю­чение о качестве сварных точек (рис 5.60, б). Например, появление слипания опре­деляется по интервалу между импульсами. По-видимому, учитывается, что в этом случае не происходит достаточного вдав­ливания электродов и толщина в месте сварки больше нормальной.

Оптимальным является применение ультразвука для контроля в процессе свар­ки. Для этого разработано несколько способов, основанных на регистрации об­разования литого ядра в доброкачествен­ных точках. На рис. 5.58, а показан один из них, основанный на методе прохожде­ния, разработанный в НИАТ Д. В. Диано­вой. В полые электроды помещают излу­чающий и приемный преобразователи 1, Г

Призмы 2, 2' обеспечивают трансформа­цию продольной волны в поперечную.

На рис. 5.58, 6 показано изменение амплитуды прошедшего сигнала во вре­мени. Интервал / соответствует сдавлива­нию металла электродами - наблюдают прохождение слабого сигнала. В интерва­ле II пропускают электрический ток. Если образуется литое ядро, сигнал падает практически до нуля (сплошная линия), так как через расплавленный металл ядра поперечная волна не проходит. Если ядро не образуется, сигнал лишь несколько уменьшается под действием разогрева металла (штриховая линия). После осты­вания наблюдают возрастание амплитуды (интервал III). Признаком доброкачест­венной сварки является, таким образом, резкое падение амплитуды в момент обра­зования литого ядра.

В ФРГ разработан подобный метод контроля сварных точек в процессе сварки с использованием продольных волн, но, по мнению авторов книги, он менее эффекти­вен.