Методы разрушающего контроля сварных соединений. Механические и металлографические исследования

Разрушающий контроль – исследование качества сварного соединения по воздействию на материал, при котором происходит разрушение контрольного образца. Испытания чаще всего проводят на образцах-свидетелях, сваренных из того же материала, как у изделия, и по такой же технологии.

Результатом проведения разрушающего контроля является получение числовых данных, характеризующих прочность и надежность сварного соединения. Разрушающий контроль регламентируется государственными нормативами и подразделяется на виды контроля.

Методы контроля

Разрушающие исследования включают методы испытания сварных образцов:

• механические;
• металлографические;
• коррозионные.

Механические испытания

Контроль предназначен для определения механических свойств материалов. Цель – проверка соответствия механических качеств конструкции запросам технических условий или проекта. Для проведения эксперимента из изделия вырезают контрольный образец или вместе с основной конструкцией сваривают контрольную пластину.

Механические испытания сварных соединений, согласно ГОСТ 6996-66, включают проверку:

• на растяжение;
• ударный изгиб.

Контроль также предусматривает определение твердости металла различных участков сварного шва и исследование соединения на стойкость против механического старения.

По характеру приложения нагрузки механические испытания разделяют на виды:

• статические — для них характерна малая скорость деформации контрольного образца в результате воздействия статической нагрузки (растяжение, сжатие);
• динамические – проверка воздействия на испытуемый предмет нагрузки, изменяемой с большой скоростью (ударный изгиб);
• на усталость – выявление способности металла сопротивляться воздействию много раз повторяющихся переменных нагрузок, изменяющихся по направлению, времени и величине (изгиб, растяжение, кручение).

Статическое растяжение

Испытание проводится способом растяжения (разрыва) образцов и заключается в определении следующих механических свойств исследуемого материала:

• пределов пропорциональности, текучести и упругости;
• предела прочности (временного сопротивления);
• истинного сопротивления разрыву;
• относительных удлинения и сужения после разрыва.

Работа выполняется на специальных машинах, оборудованных приборами автоматической записи диаграммы растяжения. Проверяют образцы прямоугольного или круглого сечения (диаметр 3-10 мм).

Ударный изгиб

Для проведения испытаний применяют прямоугольные или квадратные образцы с односторонним надрезом. Надрез в зависимости от назначения контрольного эксперимента может располагаться:

• на линии сплавления;
• в зоне термического влияния;
• на оси сварного шва.

Цель испытания – определение ударной вязкости исследуемого металла при заданной температуре в зоне соединения.

Ударная вязкость надрезанного образца определяется отношением работы, затраченной на излом контрольного элемента (в Дж), к площади его поперечного сечения в зоне надреза до проведения испытания (в м² ).

После проведения испытания выполняется исследование структуры излома. Цель – определение наличия дефектов сварного шва и степени кристалличности на изломе.

Металлографические исследования

Цель – определение структуры материала сварного соединения. Исследованием устанавливают:

• правильность выбора всех факторов, влияющих на качество сварного шва;
• дефекты шва и причины их возникновения.

Металлографический анализ включает макроструктурное и микроструктурное исследования материала сварного шва.

Макроструктурный метод

Служит для предварительной оценки качества сварного соединения. Макроструктуру шва на поверхности образца (шлифе и изломе сварного шва) можно наблюдать визуально или при двадцатикратном увеличении. Вырезанные темплеты для шлифов шлифуют и травят реактивами, подбираемыми в зависимости от типа металла и цели исследования.

Исследованием выявляют:

• строение, размеры и форму шва;
• наличие дефектов (трещины, непровары, газовые поры, шлаковые включения, усадочные рыхлости).

Макроструктуру материала также изучают по излому, внешний вид которого говорит о характере разрушения металла. Излом крупнозернистый с характерным блеском указывает на хрупкость металла. Серый волокнистый излом, имеющий матовую поверхность, свидетельствует о хорошей пластичности материала.

Микроструктурный метод

Предполагает исследование микроструктуры металла – строения металла, видимого под микроскопом. Анализ проводят на шлифах с отполированной и отшлифованной до блеска поверхностью, протравленной специальными растворами.

Исследование проводится с применением оптического микроскопа при увеличениях от 50 до 2000 раз. Микроструктурным методом устанавливаются:

• качество обработки шлифа;
• наличие газовых пор и окисных пленок;
• наличие микротрещин;
• степень загрязнения металла сварного шва неметаллическими включениями.

Неметаллические включения могут быть разной формы и проявляются на белом фоне шлифа темными пятнами. Микротрещины выглядят тонкими извилистыми кривыми. Газовые поры – черными пятнами.