При сварке химически активных и тугоплав­ких металлов и сплавов качество выполнения работ имеет особо важное значение. Это объясняется тем, что вследствие особых физико-химических свойств этих ме­таллов даже небольшие отклонения от оптимальной технологии могут привести к образованию дефектов в сварных соединениях (наиболее часто встречаются по-, ры и трещины). Так, для условий эксплуатации свар­ных изделий из металлов рассматриваемой группы ха­рактерны повышенные температуры и давления, агрес­сивные среды и др. Из-за дефектов соединений снижа­ется надежность конструкции. Поэтому для предупреж­дения возникновения дефектов в сварных соединениях и их устранения важна организация контроля качества сварочных работ.

Высокое качество сварных соединений можно обе­спечить при условии, если ведется контроль соблюдения технологии до начала сварки, в процессе сварки, а также контроль качества швов готовых изделий. Систе­ма контроля должна включать:

1. Контроль качества основного металла, сварочной проволоки, компонентов покрытий электродов, флюсов, защитных газов и др. При контроле качества основного металла проверяют наличие сертификатов и заводскую маркировку материала. Показатели механических свойств и химический и газовый состав должны соот­ветствовать ГОСТам н техническим условиям. При от­сутствии сертификатов запрещается использовать основ­ной металл без лабораторных исследований (механиче - ск*е испытания, химический анализ, металлографичес­кие исследования; для химически активных металлов, предназначенных для ответственных конструкций, — дополнительно газовый анализ). К данной группе кон­троля относится также оценка качества очистки заго - товюк из основного металла — проверка полноты удаления газонасыщенного поверхностного слоя.

Перед началом сварки каждую партию сварочной проволоки, электродов, флюсов, баллонов с защитным газом тщательно проверяют на соответствие сертифи­катных данных требованиям ГОСТа или технических условий на сварку изделий. Материалы, не имеющие

сертификатов, подвергают тщательному контролю — проверке химического состава, а также испытанию при сварке.

2. Контроль подготовки и сборки деталей и узлов под сварку, установление соответствия подготовленных узлов техническим условиям на изделие. Перед сборкой заготовок проверяют чистоту поверхности свариваемых кромок и углы их скоса и притуплений, размеры заго­товок. На собранных узлах проверяют зазоры между кромками или свариваемыми деталями (для тавровых и нахлесточных соединений).

3. Контроль сварочного оборудования и приборов.

4. Контроль соединений непосредственно после свар­ки и последующей обработки (механической, термичес­кой и др.).

Контроль качества швов сварных соединений (ГОСТ 3242—79) предусматривает выявление наруж­ных, внутренних и сквозных дефектов с использованием неразрушающих методов контроля и контроль качества сварных соединений с их разрушением.

Неразрушающие методы контроля. Внешнему осмо­тру и обмеру подвергают все сварные швы независимо от того, какие способы контроля будут для них приме­нены в дальнейшем. Сварной шов и прилегающая к не­му поверхность основного металла на ширину не менее 20 мм перед контролем должны быть тщательно очище­ны от шлака и других загрязнений. Швы осматривают невооруженным глазом или с использованием лупы с увеличением в 10 раз.

Размеры сварного шва контролируют измеритель­ным инструментом или специальными шаблонами. Не­достаточное сечение шва снижает его прочность, завы­шенное — увеличивает внутренние напряжения и де­формации изделия.

Непроницаемость сварных соединений проверяют разными способами. Для сварных изделий из цветных металлов и сплавов часто применяют вакуумный метод, швы проверяют газоэлектрическими (гелиевыми или галоидными) теченскателями. Перед проверкой непро­ницаемости соединений должны быть устранены все дефекты, выявленные внешним осмотром.

Испытание керосином основано на способности мно­гих жидкостей подниматься по капиллярам, каковыми в сварных швах служат сквозные поры и трещины. Ке­росин, обладающий высокой смачивающей способно - стыо и сравнительно малой вязкостью, наиболее поД-* ходит для данного способа контроля. С помощью керо­сина можно выявлять неплотности в швах сосудов, ис­пользуемых без внутреннего давления. На одну сторону стыкового соединения наносят разведенный в воде мел, противоположную обильно смачивают керосином и выдерживают в течение определенного времени. О на­личии дефектов (пор, свищей, сквозных трещин, непро­варов и др.) свидетельствуют жирные точки или полоски керосина на меловом слое, которые с течением времени расплываются в пятна.

С помощью керосина выявляют не только сквозные, но и поверхностные дефекты (ГОСТ 3285—77). Для этого поверхность сварного соединения после тщатель­ной очистки обезжиривают бензином или ацетоном и обильно смачивают окрашенным керосином. После вы­держки (15—20 мин) керосин вытирают или смывают 5%-ным раствором кальцинированной соды и поверх­ность просушивают. Затем на поверхность сварного сое­динения пульверизатором наносят слой разведенного в воде мела (или каолина). После высыхания мела из­делие около шва обстукивают молотком, а шов про­гревают горячим воздухом. Если на поверхности шва были дефекты, керосин, задерживающийся в дефектных местах, просачивается в меловую обмазку в виде пятен и полосок. По этим пятнам судят о дефектах.

Испытания гидравлическим давлением позволяют одновременно проверить плотность и прочность сварных соединений емкостей, трубопроводов и других сварных конструкций, работающих под давлением. До испытания сварные швы протирают или обдувают сжатым возду­хом до получения сухой поверхности. Затем изделие заполняют водой и с помощью насоса или гидравличе­ского пресса создают избыточное контрольное давление в соответствии со стандартами, инструкциями или тех­ническими условиями на изделие (обычно в 1,5—2 раза выше рабочего). После выдержки при таком давлении в течение 5—6 мин давление уменьшают до рабочего. Дефекты в сварных швах обнаруживают по снижению испытательного давления, а также по запотеванию по­верхности шва.

Пневматические испытания сжатым газом (воздух, азот, инертные газы) под давлением, которое обычно на 10—20% больше рабочего, применяют для контроля общей непроницаемости сварных конструкций. С этой целью изделие предварительно погружают в емкость с водой. Неплотности определяют по появлению пузырь­ков газа в воде.

При испытании обдувом одну сторону сварного шва смазывают мыльным раствором, а другую обдувают сжатым воздухом, подаваемым по гибкому шлангу с на­конечником. Сквозные дефекты обнаруживают по появ­лению пузырей на смазанной мыльным раствором сто­роне шва.

В основе способа испытания непроницаемости швов с помощью аммиака лежит свойство некоторых индика­торов, например спирто-водного раствора фенолфталеи­на или водного раствора азотнокислой ртути, изменять окраску под воздействием щелочей, в данном случае растворенного в воде аммиака. Испытуемые швы с од­ной стороны покрывают бумажной лентой или светлой тканью, пропитанной 5%-ным раствором индикатора — азотнокислой ртути или фенолфталеина. С другой сто­роны создают давление смеси воздуха с 1 —10% аммиа­ка. Проникая через неплотности сварного шва, аммиак окрашивает бумагу или ткань в серебристо-черный цвет (при использовании азотнокислой ртути) или в ярко - красный цвет с фиолетовым оттенком (при смачивании швов раствором фенолфталеина). Скорость и интенсив­ность окраски, а также величина пятен характеризуют размеры дефектов.

Вакуумный контроль — один из видов пневматичес­ких испытаний, при котором перепад давлений создают не избыточным давлением, а откачкой. Этот метод на­шел широкое применение для резервуаров и плоских сварных секций. Вакуум создают при помощи перенос­ной вакуум-камеры с прозрачным верхом, которую на­кладывают на изделие. Перед установкой камеры шов смазывают мыльным раствором. Затем в камере соз­дают вакуум (13,3—66,5 кПа). В результате разности давлений по обеим сторонам шва воздух будет прони­кать в камеру при наличии в нем сквозных дефектов. В местах трещин, непроваров, газовых пор и т. п. об­разуются стойкие мыльные пузырьки, хорошо видимые через прозрачный верх камеры.

Контроль швов газоэлектрическими течеискателями позволяет определять очень малые течи, которые не могут быть выявлены никакими другими способами. В настоящее время применяют два вида газоэлектриче­ских течеискателей — гелиевые и галоидные. В связи
со сложностью и значительной стоимостью течеискате - лей их применяют для контроля особо ответственных сварных конструкций (для изделий вакуумной техники, в атомной энергетике и др.).

Принцип работы гелиевого течеискателя основан на высокой способности гелия при определенном вакууме проходить сквозь неплотности сварных швов. Этот газ применяют в качестве индикатора. Гелий, пройдя через неплотности, попадает в вакуумную камеру измеритель­ного прибора (масс-спектрометра). По величине откло­нения стрелки прибора, которая зависит от количества просочившегося гелия, судят о размерах неплотности (дефектов) в сварном соединении.

При контроле непроницаемости швов с помощью га­лоидных течеискателей в испытуемую емкость под дав­лением подают воздух в смеси с галоидным газом (фре­он, четыреххлорнстый углерод, хлороформ, йодоформ и т. п.). Смесь проходит через неплотности, затем че­рез щуп фиксируется прибором.

Ультразвуковой метод контроля широко применяет­ся для сварных соединений из металлов и сплавов толщиной не менее 6 мм. В основу этого метода поло­жена способность ультразвуковых упругих колебаний материальной среды большой частоты (выше 20 кГц) отражаться от границы раздела двух сред, обладающих разными акустическими свойствами. Если ультразвуко­вые волны при прохождении через сварной шов встретят на своем пути дефекты (поры, трещины, шлаковые включения и др.), они отражаются от границы раздела металл—дефект и могут быть зафиксированы при по­мощи специальных ультразвуковых дефектоскопов (ГОСТ 22368—77). Дефект регистрируется на экране электронно-лучевой трубки в виде пика импульсов. Де­фектоскоп позволяет установить глубину залегания де­фекта и его протяженность.

Перед началом ультразвукового контроля поверх­ность сварного соединения зачищают на расстоянии 50—80 мм с каждой стороны шва. Непосредственно пе­ред контролем поверхность тщательно протирают и на нее наносят слой контактной смазки, который обеспе­чивает акустический контакт между щупом-искателем и изделием.

Радиационные методы контроля распространены во всех отраслях промышленности; в общем объеме при­меняемых неразрушающих методов контроля они

Составляют примерно 80%. Методы нонтроля предусма­тривают применение рентгеновских и гамма-лучей — коротковолновых электромагнитных колебаний, анало­гичных световым лучам, но с меньшей длиной волны. Гамма-излучение является продуктом распада ядра атома, а рентгеновское излучение имеет внеядерное происхождение. Выявление дефектов с помощью радиа­ционного метода контроля основано на разном погло­щении лучей металлом и дефектными местами.

Перед просвечиванием рентгеновскими лучами швы должны быть тщательно очищены. Если при осмотре были обнаружены внешние дефекты, перед просвечи­ванием их необходимо удалить, так как на рентгенов­ской пленке должны быть зафиксированы только скры­тые дефекты. Источник рентгеновских лучей — рентге­новскую трубку располагают так, чтобы лучи направ­лялись перпендикулярно к оси шва. С противоположной стороны шва помещают светонепроницаемую кассету, в которой находится рентгеновская пленка и два экрана. Так как дефектные места в меньшей степени снижают интенсивность проникающих лучей, чем сплошной ме­талл, засвечивание пленки будет больше в местах рас­положения дефектов. Время просвечивания (экспози­ции) зависит от толщины металла, фокусного расстоя­ния, интенсивности излучения и чувствительности пленки. После просвечивания пленку проявляют. На по­лученном негативе будут видны отдельные более темные участки, по которым можно судить о наличии и разме­рах дефектов в сварном соединении.

Просвечивание гамма-лучами (гамма дефектоско­пия) аналогично просвечиванию рентгеновскими луча­ми. В качестве источников гамма-излучения используют искусственные радиоактивные изотопы (иридий-192, ко­бальт-60, цезий-137, тулий-170 и др.).

Радиоактивные изотопы могут использоваться в те­чение длительного времени (например, кобальт-60 — более 5 лет, цезий-137 — более 30 лет), что является одним из преимуществ гамма-графирования по сравне­нию с рентгенографированием. Гамма-лучи действуют во всех направлениях с одинаковой силой, что позволяет просвечивать кольцевые швы или одновременно не­сколько деталей, расположенных по кругу, за одну экспозицию. При работе с контейнером, куда помещено радиоактивное вещество, необходимы тщательные меры предосторожности во избежание облучения оператора.

Спектральный анализ (стилоскопирование) относит­ся к неразрушающим методам контроля. Его применяют для быстрого контроля состава основного и присадоч­ного металлов. При контроле подготовки металла к сварке метод служит для определения полного удаления со свариваемых кромок газонасыщенного слоя.

Контроль качества сварных соединений с их разру­шением. Образцы для испытаний вырезают непосредст­венно из контролируемой конструкции или контрольных соединений, которые специально сваривают для этой цели при тех же условиях и режимах, контролируемое изделие (образцы-свидетели). Металлографическое ис­следование сварных соединений проводите целью оценки структуры металла в разных участках соединений и отсутствия в них дефектов. Такие исследования выпол­няют при проверке технологии сварки, режимов после­дующей термической обработки, качества сварочных материалов, а также при выборочном исследовании контрольных образцов. Исследования включают кон­троль вида излома, контроль макро - и микроструктуры.

Вид излома (фрактография) контролируют после разрушения образцов или реальных соединений. По внешнему виду излома судят о пластичности или хруп­кости металла шва. Ровные, блестящие крупнокристал­лические изломы, как правило, характеризуют хрупкое состояние металла. Волокнистый серый излом с мато­вой поверхностью свидетельствует о хорошей пластич­ности металла.

По изому можно судить о таких дефектах, как поры, шлаковые включения, трещины, непровары и др. Изу­чают изломы невооруженным глазом, а также с помо­щью бинокулярного микроскопа при увеличении до 200 раз.

Контроль макроструктуры (макроанализ) позволяет выявить состояние границ зон сварного шва, глубину проплавления, ширину зоны термического влияния свар­ки, строение металла шва и околошовной зоны, а также внутренние дефекты.

Из сварных соединений вырезают заготовки для из­готовления макрошлифов (темплетов), в которые вхо­дят все структурные участки соединения. Шлифы травят специальными реактивами до четкого выявления строе­ния и дефектов макроструктуры.

Микроанализ заключается в исследовании сварных швов с помощью микроскопа при увеличении в 50—

2000 раз. На микрошлифах можно выявить различные дефекты: микропоры, микротрещины, непровары, ни­тридные и кислородные включения, перегрев, пережог. Мнкрошлифы изготовляют более тщательно, чем макро­шлифы, и подвергают полированию до зеркального блеска. Для выявления строения швов и мелких дефек­тов под микроскопом шлифы протравливают соответст­вующими химическими реактивами.