Контроль качества сварных соединений (стр. 13 из 16)

В машиностроительных отраслях промышленности, выпускающих различные сварные изделия, нормы допустимых дефектов устанавливают исходя из степени ответственности изделий и с учётом сложившейся практики разработки браковочных норм на конкретные виды продукции.

По степени ответственности сварные изделия разделяют, как правило, на три категории. Каждой категории соответствует определённый уровень требований к качеству изделий. Так в авиационной промышленности известны следующие три категории ответственности:

1 категория – особо ответственные сварные изделия;

2 категория – ответственные сварные изделия;

3 категория – мало ответственные сварные изделия.

Для изделий первой категории, эксплуатирующихся при переменных нагрузках и в коррозионной среде, используют комплексную систему контроля, предусматривающую применение нескольких методов неразрушающего контроля. Для этой категории устанавливают самый высокий уровень требований. Изделия, относящиеся к третьей категории ответственности, обычно контролируют визуально. В сварных соединениях этой категории не допускаются только сквозные дефекты.

Категорию ответственности устанавливает конструктор совместно с эксплуатационниками изделий.

Тема 25. ЭКСПЛУТАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

В процессе эксплуатации сварных изделий происходит старение материала, сопровождающееся износом и разрушением. Эти явления приводят к появлению неисправностей и отказов изделий.

Неисправность – это состояние сварного соединения, при котором оно не соответствует хотя бы одному требованию НТД. Изделие, характеризующееся неисправностью, можно эксплуатировать с учётом обеспечения постоянного контроля за его эксплуатацией.

Отказ – это полное нарушение работоспособности изделия, при котором дальнейшая его эксплуатация невозможна. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенные отказы связаны с медленным (вязким) разрушением изделия, а внезапные отказы — с хрупким разрушением изделия.

Износ – изменение размеров, формы и состояния поверхности сварного соединения. При износе наблюдается углубление, увеличивается шероховатость поверхности и имеет место остаточная деформация поверхностного слоя (наклеп).

Среди сварных соединений наиболее склонны к износу сварные соединения, выполненные контактной сваркой.

Износ классифицируют на виды:

• механический износ, возникает в трущихся элементах;

•абразивный износ, возникает в результате попадания твёрдых частиц в зазор между трущимися элементами;

•коррозионный износ, возникает при наличии нагрузок и коррозионной среды;

•усталостный износ, возникает при переменных нагрузках.

Износ сопровождается разрушением и возникновением поверхностных микротрещин.

В сварных изделиях возникают также усталостные трещины, а также трещины, связанные с явлением ползучести.

Появление усталостных трещин связано в первую очередь с влиянием концентраторов напряжений (забоины, риски, резкие переходы от шва к основному металлу, от одной толщины к другой, наличие отверстий). При действии переменных нагрузок в наиболее слабом месте изделия, где возникают остаточные напряжения, превышающие предел выносливости, появляются микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные трещины, которые приводят к внезапному разрушению соединения (отказу) без видимых пластических деформаций.

Большое влияние на усталость оказывает изменение температурных условий эксплуатации (теплосмены) и воздействие коррозионной среды.

При этом разрушение соединения происходит при значительно меньших напряжениях. Появление трещин ползучести связано с медленным нарастанием во времени пластической деформации материала при длительных механических воздействиях и нагреве.

Материалы и сварные соединения, работающие длительное время при высоких температурах, постепенно разрушаются при напряжениях значительно меньших предела текучести.

На появление трещин усталости и ползучести оказывает влияние низкая пластичность металла, наличие дефектов – несплошностей в сварном шве, а также структурные изменения, связанные с упрочнением и разрупрочнением металла в процессе эксплуатации..

При эксплуатационном контроле важно фиксировать не только появление трещин, но и знать кинетику их развития во времени. Исследование кинетики развития трещин и разрушений является задачей технической диагностики сварного соединения.

Техническая диагностика – занимается установлением и изучением признаков, характеризующих техническое состояние изделий, для предсказания возможных отклонений контролируемых параметров ( например, длина трещины или толщина изделия) за допустимые пределы, вследствие чего возникают внезапные отказы.

Техническая диагностика даёт возможность оценить продолжительность эксплуатации изделия, т.е. его долговечность при появлении дефектов. Методы технической диагностики применяют для рациональной организации контроля работоспособности сварных изделий в процессе эксплуатации. Методы технической диагностики разделяют на:

•экспериментальные;

•расчётные.

В расчётных методах определяют напряжённое состояние контролируемого сварного изделия при наличии дефектов. При этом выполняют моделирование состояния дефектного соединения с помощью компьютерной техники.

К экспериментальным методам исследования работоспособности дефектного соединения, относят механические испытание, например, испытания на хрупкость ( трещиностойкость), используемое в механике разрушение, для оценки стойкости сварного соединения к хрупкому разрушению.

Испытания на хрупкость проводятся на сварных соединениях со статическим изгибом образца, у которого выполнен надрез, в вершине которого имеется искусственная усталостная трещина. Образец нагружают до момента быстрого (нестабильного) развития трещины. Затем по величине нагрузки и длине трещины рассчитывают коэффициент интенсивности напряжения:

К_IC = σ_а √π l_тр ,

σ_а— максимальное (амплитудное) напряжение,

l_тр— длина трещины, при которой начинается быстрый ее рост;

Этот коэффициент является главным критерием оценки хрупкости разрушения сварного соединения.

Если σ √ π l < К_IC , где σ- напряжение в данный момент нагружения, а l – текущая длина трещины, то трещина не развивается и разрушение не наступает. Если σ √ π l > К_{IC ,}то трещина нестабильна, быстро развивается по длине и возникает хрупкое разрушение.

Испытания на хрупкость проводят для различных условий нагружения, что позволяет установить ресурс работы изделия и оценить вероятность возникновения отказа. Зная коэффициент интенсивности напряжения и предел текучести металла можно по приведенной формуле определить критическую величину трещины, превышение которой вызывает хрупкое разрушение сварного соединения.

Аналогичные коэффициенты можно определить не только при статических, но и динамических нагружениях.

Большую информацию по определению характера зон разрушения и связь её с дефектами и концентраторами дают методы фрактографии ( методы анализа изломов).

По виду излома можно определить пластичность или хрупкость металла, или сварного изделия.

Пластичные вязкие металлы дают волокнистый (с выступами) серый излом с матовой поверхностью, т.к. характеризуются мелкозернистой структурой. Хрупкие материалы имеют блестящий , кристаллического вида излом, т.к. характеризуются крупнозернистой структурой. Для изучения макро- и микроизломов используют металлографические и электронные микроскопы.

По виду излома можно судить также о дефектах сварного шва:

•поры выглядят как округлые или вытянутые пустоты;

•горячие трещины имеют темную окисленную поверхность;

•холодные трещины имеют блестящую поверхность;

•металлические включения имеют вид пустот с острыми краями;

•оксидные пленки, например на алюминиевых сплавах, имеют волокнистый вид.

К экспериментальным методам технической диагностики относят также методы толщинометрии, структуроскопии и интроскопии, являющиеся методами неразрушающего контроля.

Тема 26. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ В СТРУКТУРОСКОПИИ, ТОЛЩИНОМЕТРИИ И ИНТРОСКОПИИ СВАРНЫХ ИЗДЕЛИЙ.

Под структуроскопией понимают контроль химического состава и неоднородностей структуры сварного соединения по анализу его физико-химических свойств.

К методам структуроскопии относятся:

• Ультразвуковой структурный анализ. Он основан на определении амплитуды ультразвуковых сигналах, полученных на разных частотах, в зависимости от величины зерна или глубины межкристаллической коррозии.

•Вихретоковый структурный анализ. Он основан на зависимости величины электропроводности металла от его структурного состояния.

•Магнитный структурный анализ. Он основан на зависимости магнитных свойств металла при изменении его структуры.

К методам толщинометрии относят:

• Радиационный метод. Он основан на зависимости интенсивности ионизирующего излучения, прошедшего через контролируемый объект, от его толщины.

• Ультразвуковой метод. Реализовывается в виде эхо-импульсного и резонансного методов. Эхо-импульсный метод основан на определении времени прохождения импульса до обратной поверхности и обратно, а резонансный метод основан на определении частоты ультразвуковых колебаний, при которой в контролируемом объекте возникают «стоячие волны», обусловленные явлением резонанса.

0.01.1.01.ОЭ(м)-I Общий экзамен 1 уровень — список вопросов

0.01.1.01.ОЭ(м)-I Общий экзамен 1 уровень

Вопрос id:208614

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?

?) Сталь не полностью раскисленная марганцем при выплавке, и содержащая не более 0,05% кремния.

?) Содержащая кремния от 0,05 до 0,17%.

?) Содержащая более 10 мл. водорода на 100 г. металла.

Вопрос id:208615

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какая сталь обыкновенного качества относится к спокойной?

?) Сталь, полностью раскисленная при выплавке и содержащая 0,15-0,3% кремния

?) Содержащая не менее 0,3 % кремния и 1 % марганца.

?) Содержащая менее 0,5 мл. водорода на 100 г. металла.

Вопрос id:208616

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какая сталь обыкновенного качества относится к полуспокойной?

?) Содержащая менее 10 мл. водорода на 100 г. металла

?) Сталь, раскисленная при выплавке только марганцем и содержащая не более 0,05% кремния.

?) Сталь, не полностью раскисленная при выплавке только марганцем и кремнием и содержащая 0,05 — 0,15% кремния и до 1% марганца

Вопрос id:208617

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-08, Св08А, Св-08ГА, Св-10ГА?

?) Низкоуглеродистому.

?) Легированному.

?) Высоколегированному.

Вопрос id:208618

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что такое легированные стали?

?) Содержащие один или несколько элементов в определенных концентрациях, которые введены в них с целью придания заданных физико-химических и механических свойств.

?) Обладающие определенными физико-химическими свойствами за счет снижения содержания углерода, серы, фосфора или термической обработки.

?) Обладающие определенными физико-химическими свойствами после специальной термомеханической обработки.

Вопрос id:208619

Тема/шкала:

Вопр_ОЭ/1

Какой свариваемостью обладают низкоуглеродистые стали?

?) Удовлетворительной.

?) Хорошей.

?) Плохой.

Вопрос id:208620

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что обозначают буквы и цифры в маркировке низколегированных сталей?

?) Клейма заводов-изготовителей.

?) Обозначения номера плавки и партии металла.

?) Обозначение химических элементов и их процентный состав.

Вопрос id:208621

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие из перечисленных сталей относятся к углеродистым?

?) 09Г2С, 17Г1С, 09Г2ФБ.

?) 08Х18Н9, 10Х2М, 15ХМ.

?) Ст3сп, сталь10, сталь 15, сталь 18кп

Вопрос id:208622

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какой буквой русского алфавита обозначают углерод и никель в маркировке легированных сталей?

?) Углерод не обозначают буквой; никель — «Н».

?) Углерод — «У»; никель — «Н».

?) Углерод — «С»; никель — «Л».

Вопрос id:208623

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие изменения свойств происходят при закалке малоуглеродистых сталей?

?) Возрастают прочностные характеристики, пластичность уменьшается

?) Пластичность увеличивается, прочностные характеристики не меняются

?) Возрастает и прочность, и пластичность

Вопрос id:208624

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие основные характеристики приняты для оценки механических свойств металлов?

?) Жаропрочность, жаростойкость и хладостойкость металла.

?) Твердость, сопротивление изгибу и количество циклов ударного нагружения до разрушения металла.

?) Временное сопротивление разрыву, предел текучести, относительное удлинение и сужение, твердость, ударная вязкость.

Вопрос id:208625

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Для чего в сталь вводятся легирующие элементы?

?) Для придания стали специальных свойств.

?) Для улучшения свариваемости стали.

?) Для снижения содержания вредных примесей (серы и фосфора) в стали.

Вопрос id:208626

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Укажите, чем отличается Ст3кп от Ст3сп?

?) Содержанием углерода.

?) Содержанием кремния.

?) Содержанием вредных примесей S и P и газов.

Вопрос id:208627

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Для чего производится предварительный и сопутствующий подогрев?

?) Для выравнивания неравномерности нагрева при сварке, снижения скорости охлаждения и уменьшения вероятности появления холодных трещин.

?) Для снижения содержания водорода в металле шва.

?) Для снижения количества дефектов в сварном шве и ЗТВ.

Вопрос id:208628

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие характеристики можно определить при испытаниях образцов металла на растяжение?

?) Предел текучести, предел прочности.

?) Угол загиба.

?) Предел текучести, предел прочности, относительные удлинение и поперечное сужение.

Вопрос id:208629

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какая характеристика определяется при статическом изгибе?

?) Ударная вязкость при изгибе.

?) Угол загиба.

?) Предел прочности при изгибе.

Вопрос id:208630

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие характеристики металла определяются при испытаниях на изгиб (плоских образцов) и сплющивание (труб)?

?) Пластичность.

?) Прочность и пластичность.

?) Прочность.

Вопрос id:208631

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие характеристики определяют при ударном изгибе?

?) Относительное удлинение при ударном изгибе.

?) Ударную вязкость.

?) Предел прочности при ударном изгибе.

Вопрос id:208632

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что можно оценить по виду излома сварного соединения?

?) Строение металла, его сплошность и сделать качественный вывод о пластических свойствах металла.

?) Прочность, коррозионную стойкость, плотность.

?) Наличие и количество вредных примесей.

Вопрос id:208633

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как влияет высокое содержание серы и фосфора на свариваемость стали?

?) Не влияет.

?) Способствует появлению трещин и ухудшает свариваемость стали.

?) Повышает свариваемость при условии предварительного подогрева стали.

Вопрос id:208634

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что представляет собой сварной шов при сварке плавлением?

?) Жидкий металл, полученный сплавлением свариваемых и присадочных материалов.

?) Закристаллизовавшийся металл расплавленного электрода или сварочной проволоки.

?) Участок сварного соединения, образовавшийся в результате кристаллизации расплавленного металла.

Вопрос id:208635

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Чем определяются свойства сварного соединения?

?) Свойствами металла шва и линии сплавления с основным металлом.

?) Свойствами линии сплавления с основным металлом и зоны термического влияния.

?) Свойствами металла шва, линии сплавления с основным металлом и зоны термического влияния.

Вопрос id:208636

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как влияет неравномерность нагрева при сварке на величину деформации основного металла?

?) Не влияет на величину деформации.

?) Уменьшает величину деформации.

?) Увеличивает величину деформации.

Вопрос id:208637

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как влияет увеличение объема наплавленного металла на величину деформации основного металла?

?) Увеличивает величину деформации.

?) Уменьшает величину деформации.

?) Не влияет на величину деформации.

Вопрос id:208638

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие сварочные деформации называют остаточными?

?) Деформации, образующиеся под действием эксплуатационных нагрузок.

?) Деформации, появляющиеся после сварки.

?) Деформации, остающиеся после сварки и полного остывания изделия.

Вопрос id:208639

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как влияет подогрев изделий в процессе сварки на величину остаточных деформаций?

?) Увеличивает деформацию изделия.

?) Уменьшат деформацию изделия.

?) Не влияет

Вопрос id:208640

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

От чего зависит величина деформации свариваемого металла?

?) От склонности стали к закалке.

?) От марки сварочных материалов.

?) От неравномерности нагрева.

Вопрос id:208641

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие конструктивные элементы характеризуют форму разделки кромок?

?) Способ подготовки, зазор.

?) Смещение кромок, угловатость.

?) Притупление, угол скоса кромки.

Вопрос id:208642

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие бывают типы сварных соединений?

?) Односторонние и двусторонние.

?) Вертикальные и горизонтальные.

?) Стыковые, тавровые, угловые, нахлесточные.

Вопрос id:208643

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как обозначается сварное соединение на чертеже?

?) Указывается метод и способ сварки, длина или шаг, сварочный материал, методы и объем контроля.

?) Указывается тип соединения, метод и способ сварки, методы контроля.

?) Указывается ГОСТ, тип соединения, метод и способ сварки, катет шва, длина или шаг, особые обозначения.

Вопрос id:208644

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что обозначают цифры возле букв на чертеже с указанием сварного шва?

?) Метод и способ сварки.

?) Методы и объем контроля.

?) Порядковый номер шва по ГОСТ (ОСТ).

Вопрос id:208645

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какой линией изображают видимый сварной шов на чертеже?

?) Сплошной.

?) Штрих-пунктирной.

?) Штриховой.

Вопрос id:208646

Тема/шкала:

Вопр_ОЭ/1

Когда должна быть проконтролирована каждая партия сварочных материалов?

?) До начала ее производственного использования.

?) Одновременно с использованием ее для производства продукции.

?) В установленные сроки, независимо от ее производственного использования.

Вопрос id:208647

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие параметры необходимо контролировать после выполнения подготовки деталей и сборочных единиц под сварку?

?) Форму, размеры и качество подготовки кромок; правильность переходов от одного сечения к другому; другие характеристики и размеры, контроль которых предусмотрен ПКД и ПТД.

?) Качество зачистки подготовленных под сварку кромок и прилегающих к ним поверхностей деталей и сборочных единиц.

?) Все параметры, указанные в п.п. 1 и 2.

Вопрос id:208648

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

На какие две основные группы делятся методы контроля по воздействию на материал сварного соединения?

?) Механические и электронные.

?) Разрушающие и облучающие.

?) Разрушающие и неразрушающие.

Вопрос id:208649

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

С какой целью выполняют визуальный контроль сварного соединения?

?) С целью выявления поверхностных дефектов и дефектов формирования шва.

?) С целью выявления несоответствия конструкционных размеров шва требованиям нормативно-технической документации.

?) С целью выявления поверхностных дефектов шва

Вопрос id:208650

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Чем выявляются дефекты формы шва и его размеры?

?) Измерительными инструментами и специальными шаблонами.

?) Рентгенографическим методом.

?) Металлографическими исследованиями макроструктуры.

Вопрос id:208651

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие дефекты сварного шва выявляются с помощью радиографического контроля, ультразвуковым и др. равноценными им методами?

?) Трещины, непровары, несплавления, поры, неметаллические и металлические включения.

?) Структурные изменения металла, внутренние напряжения.

?) Качество формирования шва с внутренней и наружной сторон.

Вопрос id:208652

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что называют включением?

?) Скопление нескольких пор.

?) Обобщенное наименование пор, шлаковых и вольфрамовых включений.

?) Неметаллическая несплошность.

Вопрос id:208653

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

В какой момент следует исправлять дефекты сварных соединений, подлежащих последующей термообработке (отпуску)?

?) После отпуска.

?) По согласованию с головной материаловедческой организацией.

?) До отпуска.

Вопрос id:208654

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие дефекты допускается устранять сварщику (не привлекая руководителя работ) в процессе сварки стыка трубы?

?) Любые дефекты, включая трещины.

?) Поверхностные поры, шлаковые включения, межваликовые несплавления, подрезы.

?) Трещины и межваликовые несплавления.

Вопрос id:208655

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что называют трещиной?

?) Недопустимое отклонение от требований Правил контроля.

?) Дефект сварного соединения в виде разрыва металла в сварном шве и/или прилегающих к нему зонах.

?) Нарушение сплошности металла.

Вопрос id:208656

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что называют прожогом?

?) Цилиндрическое углубление в сварном шве.

?) Воронкообразное углубление в сварном шве.

?) Сквозное отверстие в сварном шве.

Вопрос id:208657

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что называют наплывом в металле шва?

?) Неровности поверхности металла шва или наплавленного металла.

?) Несплавление валика металла шва с основным металлом.

?) Дефект в виде металла, натекшего на поверхность свариваемого металла и или ранее выполненного валика и не сплавившегося с ним.

Вопрос id:208658

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что такое пора?

?) Дефект сварного шва в виде замкнутой полости, заполненной газом.

?) Дефект сварного шва в виде замкнутой полости, заполненной инородным металлом.

?) Дефект сварного шва в виде полости сферической формы, заполненной шлаком.

Вопрос id:208659

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какую форму могут иметь поры?

?) Линейную или плоскую.

?) Прямую и кривую.

?) Сферическую и удлиненную.

Вопрос id:208660

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Что такое подрез?

?) Острые конусообразные углубления на границе поверхности сварного шва с основным материалом.

?) Углубление по линии сплавления шва с основным металлом.

?) Острые конусообразные углубления на границе поверхности шва с предыдущим валиком шва или основным материалом.

Вопрос id:208662

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Как необходимо произвести заварку удаленного дефектного участка шва, если сварка производилась с предварительным подогревом?

?) На увеличенных режимах сварки.

?) С подогревом.

?) С замедленным охлаждением после сварки.

Вопрос id:208663

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Какие требования предъявляются к качеству исправленного участка шва?

?) Дополнительные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.

?) Специальные требования, предусмотренные нормативно-технической документацией.

?) Те же, что и к основному шву.

Вопрос id:208664

Тема/шкала: Вопр_ОЭ/1

Допускаются ли в сварных соединениях трещины, выявленные при визуальном контроле?

?) Допускаются поперечные трещины в сварных швах.

?) Трещины всех видов и направлений не допускаются.

?) Допускаются микротрещины площадью не более 1 кв.мм.

Контроль качества с разрушением сварного соединения

Металлографические исследования необходимы для определения структуры сварного соединения. Исследуя структуру металла сварного соединения, можно установить правильность выбора режимов сварки, типа электродов, флюсов и присадочного металла, а также выявить дефекты шва и установить причины их образования.

Если исходить из присущей сварке неоднородности структуры соединений, их полный металлографический анализ должен включать в себя исследования макрои микроструктуры металла шва, зоны термического влияния и структуры основного металла.

Исследование макроструктуры сварного соединения. Макроструктурный анализ является методом предварительной оценки качества сварных соединений, получаемых тем или иным способом. Макроструктура сварных соединений исследуется невооруженным глазом или при 30-кратном увеличении на поверхности макрошлифов, вырезанных и приготовленных из этих соединений. Макроструктуру можно изучать и в изломах сварных образцов после механических испытаний.

Исследованием макроструктуры можно выявить форму и размеры шва, его строение, наличие в сварном соединении и основном металле различных дефектов: непроваров, трещин, шлаковых включений, пор и др.

При исследовании макроструктуры сварных швов из контролируемого сварного соединения в плоскости поперечного сечения шва вырезают темплеты для изготовления шлифов. Иногда для определения характера кристаллизации шва в сварочной ванне шлиф изготовляют из темплета, вырезанного вдоль его продольной оси.

Поверхность шлифа должна включать в себя полное сечение сварного шва. Для удаления участков, соответствующих неустановившемуся режиму сварки, образцы для шлифов вырезают на расстоянии 20 … 30 мм от начала или конца шва.

При контроле макроструктуры крупного объекта от него сначала отбирают пробу.

Проба — это часть металлопродукции, предназначенная для изготовления заготовок для образцов.

Из пробы вырезают заготовку, или темплет.

Заготовка (темплет) — это часть пробы, обработанная или не обработанная механически, которая подвергается в случае необходимости термической обработке и предназначается для изготовления образцов.

Образец — это часть заготовки определенного размера, обработанная или не обработанная механически и подготовленная для испытаний.

При этом если контролируемый объект, например пруток, имеет средние размеры (диаметр 30 мм), то заготовкой служит проба. В случае если контролируемый объект имеет размеры, сопоставимые с размером образца, то образцом может служить заготовка.

Пробы, заготовки и образцы отбирают из наиболее характерных зон металлопродукции. В литом металле различия структуры вызваны разными условиями отвода теплоты по сечению и высоте отливки, а в деформированном металле — разной степенью деформации внутренних и внешних слоев металла.

Для исследования сварного соединения с неоднородной по сечению структурой используют только поперечные шлифы (плоскости которых перпендикулярны продольной оси соединения), поскольку продольные шлифы (плоскости которых параллельны оси) в этом случае могут дать неправильное представление о структуре соединения.

Пробы и заготовки отбирают огневым (газовой резкой) или холодным (на металлорежущих станках или гильотинных ножницах) способом.

При отборе проб и заготовок, а также при изготовлении образцов должны быть приняты все меры к предохранению их от нагрева и наклепа (упрочнения металла под действием пластической деформации), которые могут привести к искажению структуры и изменению свойств.

При вырезке проб и заготовок огневым способом предусматривается припуск от линии реза до края образца 15 … 20 мм, а при использовании холодного способа этот припуск зависит от толщины заготовки: для заготовок толщиной до 4; 4 … 20; 20 … 35 мм и более этот припуск составляет соответственно 5; 10; 15 и 20 мм.

Размеры и форма образца сварного соединения определяются задачей исследования, габаритными размерами и конфигурацией исследуемого объекта. Обычно вырезают образцы цилиндрической или прямоугольной формы высотой 15 … 20 мм с площадью изучаемой поверхности (шлифа) 2 … 3 см2. Чтобы не повредить руки исследователей, с образца убирают заусенцы, а острые края опиливают напильником.

Исследуемую поверхность темплета из твердых металлов (стали) перед травлением выравнивают и шлифуют, а поверхности мягких материалов опиливают напильником и затем шлифуют наждачной бумагой.

Подготовка образцов к шлифованию состоит в следующем. Для удобства приготовления шлифов из образцов, размеры которых значительно меньше общепринятых, применяют различные приспособления. Образцы из тонколистового материала закрепляют в специальных зажимах. Самый простой зажим состоит из двух металлических (из коррозионно-стойкой стали) прямоугольных пластин, по краям которых имеются отверстия под болты. Несколько образцов собирают в пакет, помещают между пластинами и стягиваемыми болтами.

Образцы округлой формы устанавливают в металлические оправки и заливают легкоплавким веществом.

В тех случаях, когда для дальнейшего исследования образцы не требуется вынимать из оправок, их можно заливать пластмассой (бакелитом, стиракрилом III, формваром и др.) или запрессовывать в нее. Запрессовка в бакелит и формвар производится на прессе соответственно под давлением 7 … 50 МПа (70 … 500 кгс/см2) и 20 МПа (200 кгс/см2) при температурах 140 и 220 °С. Стиракрил III при добавлении отвердителя полимеризуется при комнатной температуре в течение 30 … 80 мин.

Абразивные материалы представляют собой измельченные породы: природные (алмаз, корунд, наждак, гранат, кварц, кремень, крокус — оксид железа и др.) и искусственные (синтетический алмаз, эльбор — нитрид бора, электрокорунд, карбиды кремния и бора, оксид алюминия и др.), которые применяются наряду с абразивными инструментами для подготовки поверхности, шлифования и полирования образцов.

При изготовлении абразивных материалов породы дробят на отдельные зерна. Каждое зерно представляет собой кристаллический осколок твердого материала и является как бы микрорезцом, а ребра зерен — режущей кромкой. При движении абразивного материала по поверхности образца режущие кромки зерен снимают слой металла, причем чем крупнее зерно, тем более толстый слой металла удаляется за один проход.

Готовые абразивные материалы содержат зерна разных размеров и подразделяются по этому признаку на следующие фракции: предельная, крупная, основная, комплексная и мелкая. Абразивный материал характеризуется зернистостью (ГОСТ 3647 — 80), определяемой размерами зерен основной фракции (табл. 1) и содержанием этой фракции (табл. 2).

Например, при зернистости 50 размер зерен основной фракции абразивного материала составляет 630 … 500 мкм.

В зависимости от размеров зерен абразивные материалы подразделяются на шлифзерно, шлифпорошки, микропорошки и тонкие микропорошки. Абразивные материалы с зернистостью 200 … 16 относятся к шлифзерну, 12 … 3 — к шлифпорошкам, М63 … М14 — к микропорошкам, М10 … М5 — к тонким микропорошкам.

Приготовление макрои микрошлифов включает в себя следующие последовательные процессы: подготовка плоской поверхности, шлифование и полирование.

Таблица 1. Соотношение зернистости и размеров зерен основной фракции абразивного материала
Зернистость	Размер зерен основной фракции, мкм	Зернистость	Размер зерен основной фракции, мкм	Зернистость	Размер зерен основной фракции, мкм
200	2 500 … 2 000	20	250 … 200	М50	50 … 40
160	2 000 … 1 600	16	200 … 160	М40	40 … 28
125	1 600 … 1 250	12	160 … 125	М28	28 … 20
100	1 250 … 1 000	10	125 … 100	М20	20 … 14
80	1 000 … 800	8	100 … 80	М14	14 … 10
63	800 … 630	6	80 … 63	М10	10 … 7
50	630 … 500	5	63 … 50	М7	7…5
40	500 … 400	4	50 … 40	М5	5…3
32	400 … 315	3	40 … 28
25	315 … 250	М63	63 … 50

Шлифование и полирование образцов можно осуществлять абразивным материалом (порошком, пастой) и абразивным инструментом (шлифовальным кругом, бруском, шлифовальной бумагой). Маркировка всех видов шлифовальной бумаги производится в соответствии с ГОСТ 5009 — 82, 6456 — 82, 10054 — 82 и 13344 — 82,

например: водостойкая 230 × 280 63С М50-ВА ГОСТ 10054 — 82.

Таблица 2. Соотношение зернистости и содержания основной фракции в абразивном материале
Индекс зернистости	Содержание основной фракции, %, при зернистости
	200 … 32	25 … 16	12 … 8	6…4	3	М63 … М28	М20 … М14	М10 … М5
В	—	—	—	—	—	60	60	55
П	55	55	55	55	—	50	50	45
Н	45	43	45	40	40	45	40	40
А	41	39	41	36	36	42	37	37

Примечание. Индексы зернистости В, П, Н и А соответствуют высокому, повышенному, низкому и допустимому содержанию основной фракции.

Для шлифования и полирования металлов в качестве абразивного материала используются и специальные пасты. Наиболее широко применяются пасты ГОИ и хромоалюминиевые. Пасты состоят из порошков, жиров, связующих и поверхностно-активных веществ, оказывающих химическое воздействие на поверхность обрабатываемого металла. В зависимости от размеров абразивного зерна пасты подразделяются на грубые, средние и тонкие. Составы паст, используемых для шлифования и полирования металлов, приведены в табл. 3.

Шлифование и полирование с использованием паст представляют собой не просто механическую, а химико-механическую обработку. При обработке пастой на мельчайших выступах поверхности образуются пленки сульфидов или оксидов. При трении эти пленки легко срываются с выступающих частиц металла, и поверхность образца выравнивается.

Если шлифование производится ручным способом, паста наносится равномерным слоем на стеклянную плиту, предварительно смоченную несколькими каплями керосина. Обработка пастой продолжается до полного удаления имеющихся рисок. В процессе обработки образца паста портится, т. е. чернеет. Отработанную пасту снимают тканью, смачивая плиту керосином. Для каждого вида пасты (грубой, средней и тонкой) предусматривается отдельная плита.

При шлифовании на станке паста наносится равномерно на хорошо отшлифованную поверхность металлического круга, слегка увлажненную керосином.

Таблица 3. Составы, %, разных паст для шлифования и полирования металлов
Компонент	Пасты ГОИ			Хромоалюминиевые пасты
	Тонкая	Средняя	Грубая	Тонкая	Средняя	Грубая
Оксид хрома	72	76	86	32	35	37
Оксид алюминия	—	—	—	32	35	37
Стеарин	24	20	12	30	24	20
Олеиновая кислота	1,8	1,8	—	3	3	3
Керосин	2	2	2	2	2	2
Сода	0,2	0,2	—	1	1	1

При полировании паста наносится на ткань (сукно, фетр), слегка смоченную керосином. Процесс полирования продолжается в течение 3 … 5 мин.

Шлифование торцевой поверхности образца осуществляют вращающимся шлифовальным кругом или напильником. При большой частоте вращения круга обработка поверхности выполняется с легким нажимом и применением охлаждения. Перегрев образца и сильное механическое воздействие могут вызвать изменение его микроструктуры, что приведет к получению ошибочного результата исследования. Обработанная поверхность должна быть плоской, без завалов.

Существуют два способа шлифования металлографических образцов — ручной и механический.

При ручном способе шлифования на жесткую плоскую подкладку (толстое стекло или лист металла), расположенную горизонтально, помещают шлифовальную бумагу, а на нее торцевой плоскостью устанавливают образец и шлифуют его с легким нажимом. Когда на шлифе останутся риски только от бумаги, шлифование прерывают.

Шлифовальную бумагу снимают с подкладки, и стряхивают с нее выкрошившиеся абразивные зерна и частицы металла. С подкладки и шлифа абразивные зерна удаляют чистой мягкой тканью или ватным тампоном. После этого операцию шлифования повторяют на шлифовальной бумаге с более мелкими зернами, при этом направление движения образца должно быть перпендикулярно направлению рисок, оставшихся после предыдущего прохода.

Операцию шлифования повторяют неоднократно, используя при этом бумагу с последовательно уменьшающейся зернистостью и каждый раз изменяя направление движения шлифа на 90°, чтобы полностью уничтожить оставшиеся риски. Закончив шлифование на бумаге с самыми мелкими зернами, образец промывают проточной водой и полируют.

Шлифование металлографических образцов механическим способом выполняется на специальных шлифовальных станках, оборудованных одним или несколькими металлическими кругами, приводимыми в движение электродвигателем.

При шлифовании механическим способом образцы часто нагреваются, и их периодически охлаждают в воде.

При хранении шлифовальной бумаги необходимо следить за тем, чтобы крупные абразивные зерна не попадали на бумагу с мелким зерном, так как это может привести к появлению глубоких рисок на поверхности шлифа.

Полирование шлифов осуществляют в целях окончательного выравнивания их поверхности и придания ей зеркального блеска. Для полирования шлифов применяют два способа: механический и электролитический.

При полировании механическим способом используют полировальный станок, принцип действия которого такой же, как и шлифовального. Иногда для шлифования и полирования используют один и тот же станок.

Над полировальным станком прикрепляют бачок для полировочной жидкости, которая через тонкую трубку с краном подается на полировальный круг, помещенный в кожух с патрубком для отвода жидкости. Полировальный круг покрывают мягкой тканью (сукном, фетром, драпом, шелком и др.), причем чем мягче обрабатываемый металл, тем тоньше должно быть строение используемой ткани. Если из шлифа могут выкрашиваться хрупкие фазы, полировать его следует с помощью ткани без ворса.

Частота вращения полировальных кругов такая же, как и шлифовальных (200 … 1 300 мин^-1), причем чем мягче сплавы, тем меньше должна быть частота вращения круга. При полировании шлиф периодически поворачивают в целях более равномерной обработки всей поверхности.

При электролитическом полировании получение гладкой блестящей поверхности металла является результатом анодного растворения выступов его микрорельефа. Для электролитического полирования шлифов используют специальную установку. Подготовленный к полированию шлиф — анод — включают в цепь постоянного тока и помещают в электролизную ванну, заполненную электролитом. В качестве катода используют металлическую пластину. Для равномерного протекания процесса полирования электролит перемешивается механической или электрической мешалкой.

Электролизные ванны изготовляются из кислотоупорных материалов: неподогреваемые ванны — из стекла, фарфора или фторопластов, а подогреваемые — из коррозионно-стойкой стали. Катоды вырезаются из листового металла — меди, свинца, коррозионно-стойкой стали и т. п.

Для электролитического полирования металлов используются различные составы электролита. Часто в электролите одного и того же состава можно полировать разные металлы, изменяя режимы процесса.

Для каждой пары металл — электролит подбираются оптимальные параметры режима полирования: температура, напряжение, плотность тока, продолжительность процесса и материал катода.

Параметры режимов электролитических процессов, компоненты и назначение некоторых электролитов приведены в табл. 4.

Рассмотрим особенности приготовления микрошлифов из разных металлов. В случае приготовления шлифов из пористых материалов (серого чугуна) или из материалов с легко выкрашивающимися включениями перед окончательным полированием образец нагревают до 70 … 80 °С и погружают в расплавленный парафин. После охлаждения образца избыток парафина удаляют с поверхности шлифа ватным тампоном, и шлиф полируют на сукне.

При шлифовании образцов из мягких металлов (алюминия, меди и др.) на шлифовальную бумагу наносят слой парафина или его раствор в керосине.

Подготовку поверхности, шлифование и полирование быстроокисляющихся металлов осуществляют с использованием паст ГОИ и скипидара. На завершающем этапе полирования круг смачивают скипидаром и сразу по окончании операции на поверхность шлифа наносят состав, содержащий 0,1 … 0,2 г кедрового масла или канадского бальзама, растворенного в 10 мл серного эфира. После испарения эфира на шлифе остается тонкая прозрачная пленка, препятствующая окислению поверхности. Перед травлением эту пленку снимают ватным тампоном, смоченным эфиром.

Шлифы из твердых металлов и сталей готовят механическим способом: образцы шлифуют на чугунных дисках при частоте их вращения примерно 800 мин1. В качестве абразивного материала используют смесь спирта с алмазным порошком, размеры зерен которого 2 … 5 мкм (ГОСТ 9206 — 80). Полирование выполняют на деревянном диске, смоченном масляной суспензией с алмазным порошком, размеры зерен которого 1 … 2 мкм.

Твердые сплавы можно полировать и на тонком сукне с втертым в него алмазным порошком с размерами зерен до 2 мкм. При этом поверхность сукна смазывают тонким слоем парафина.

Для химического травления шлифов используют растворы кислот, солей или щелочей. В результате травления макрошлифа четко выявляются границы между основным металлом и металлом шва, между зоной термического влияния и зоной, не подвергавшейся воздействию теплоты, а также между отдельными слоями шва при многослойной сварке. Травление крупных макрошлифов производится в вытяжном шкафу нанесением реактива на их поверхность, а мелких — погружением в раствор. Хорошие результаты по выявлению макроструктуры обеспечивает глубокое травление образцов в кислотах, смесях кислот или смесях кислот с хлоридами. Из неорганических кислот наиболее универсальной является азотная.

Таблица 4. Параметры режимов электролитического полирования, компоненты и назначение некоторых электролитов
Компоненты электролита	Параметры режима полирования				Назначение электролита
	Плотность тока, мА/см2	Напряжение, В	Длительность процесса, с	Материал катода
Хлорная и ледяная уксусная кислоты	400 … 800	25 … 30	15 … 30	Коррозионностойкая сталь	Полирование чистого железа и аустенитных сталей при температуре 20 … 30 °С
Серная кислота	300 … 1 000	20 … 30	180 … 600	Свинец	Полирование коррозионностойкой стали при температуре 80 … 90 °С
Серная кислота	300 … 400	—	180 … 300	»	Полирование никеля при температуре 40 °С
Ортофосфорная и серная кислоты, вода	100	2,2	600 … 900	Медь	Полирование меди, содержащей до 6 % олова, при температуре 20 °С
Ортофосфорная кислота, триоксид хрома, вода	50 … 80	—	30	Коррозионностойкая сталь	Полирование алюминия при температуре 60 °С
Хромовый ангидрид, вода	30 … 100	6	30 … 90	То же	Травление стали
Гидроксид калия или натрия, пикриновая кислота, вода	25 … 50	5…6	30 … 120	»	Травление углеродистых сталей и чугуна
Щавелевая кислота, вода	100	3…6	15	»	Травление легированных сталей
Пикриновая кислота, гидроксид калия или натрия, вода	2…5	—	30 … 120	»	То же
Аммиак (концентрированный)	20	4…6	10 … 20	»	Травление никеля
Сульфат железа, серная кислота, вода	5	8 … 10	15	Медь	Травление меди
Гидроксид калия или натрия, вода	5	4	120 … 240	»	Травление магниевых сплавов

Для глубокого травления сварных швов из углеродистых сталей, а также для сталей, содержащих никель, применяют 50%-ный водный раствор азотной кислоты. Для травления сталей, содержащих хром, используют 50%-ный водный раствор соляной кислоты. Одним из лучших универсальных реактивов для травления сталей является смесь азотной кислоты с хлоридами.

Для выявления кристаллизационных слоев в сварных швах из низкоуглеродистых низкои среднелегированных сталей производят травление образцов в растворе серной, хромовой или пикриновой кислоты, которое основывается на избирательном растворении в нем ферритной составляющей. В 20%-ном водном растворе серной кислоты травление выполняется при температурах 80 … 100 °С в течение 10 … 12 ч.

Для выявления неоднородности химического состава сварных швов часто также используют реактивы поверхностного травления, содержащие ионы меди. Такие реактивы четко выявляют участки, обогащенные серой и фосфором (которые обычно светлее других участков).

Для выявления в металле серы и фосфора применяют и метод отпечатков, который заключается в следующем. На приготовленный макрошлиф накладывают бромосеребряную фотобумагу, предварительно выдержанную в течение 8 … 10 мин в 5%-ном водном растворе серной кислоты и прижимают ее. Через 3 … 5 мин эту бумагу осторожно снимают и регистрируют участки, соприкасавшиеся с включениями серы, и поэтому окрашенные в коричневый цвет. Вместо фотобумаги можно применять фотопленку, что позволит размножать полученные отпечатки.

Методом отпечатков на фотобумаге можно выявить не только включения серы, фосфора и оксидов железа в металле шва, но и его грубые дефекты — трещины и непровары. Картину, наблюдаемую на глубоко протравленном шлифе, можно быстро воспроизвести на бумаге типографским способом. Для этого шлиф следует покрыть тонким слоем типографской краски с помощью резинового шпателя и протереть сухим тампоном в целях удаления краски с его выпуклых участков. Затем влажный лист белой бумаги закрепляют на резиновой подложке, подготовленный шлиф накладывают на эту бумагу и все вместе зажимают в прессе.

Макроструктуру металла можно изучать и непосредственно в изломах сварного шва, которые исследуются после механических и технологических испытаний образцов, а также после разрушения сварных деталей.

По излому можно определить характер разрушения (пластическое или хрупкое), а также дефекты шва: поры, раковины, неметаллические включения, непровары и трещины. Волокнистый серый излом без блеска характерен для материалов с повышенными пластичностью и ударной вязкостью, а блестящий крупнозернистый — для хрупкого металла с пониженной ударной вязкостью. Светлые пятна (оксидные пленки) в изломе шва свидетельствуют о наличии дефектов, практически не выявляемых ни одним из известных физических методов контроля.

Исследование микроструктуры сварного соединения. Данное исследование позволяет более глубоко изучить структуру сварного соединения, чем исследование макроструктуры.

По микроструктуре сварного соединения можно установить:

• структуру металла шва и зоны термического влияния;
• примерное содержание углерода в основном металле и в металле на различных участках соединения;
• приблизительный режим сварки и скорость охлаждения металла шва и зоны термического влияния;
• число слоев сварного шва, дефекты шва и структуры.

Образцы для исследования микроструктуры сварных швов изготовляют так же, как и для макроанализа. Размеры поверхности микрошлифа не должны превышать 20 × 20 мм.

Выявление микроструктуры производится неглубоким травлением, позволяющим удалить слой толщиной не более 10 мкм.

Принципы выявления микроструктуры химическим травлением те же, что и при исследовании макроструктуры. Однако поскольку микроструктуру изучают на металлографических микроскопах при увеличении в 50 — 2 000 раз и на электронных микроскопах при 100 000-кратном увеличении, получаемый при микротравлении рельеф должен иметь незначительную глубину. Следовательно, в этом случае нужно применять малоактивные травители, обеспечивающие постепенное удаление тонких слоев.

Для микротравления углеродистых, а также низкои среднелегированных сталей в качестве травителей чаще всего используют слабые растворы кислот в спирте. Наиболее широко применяется 2 … 5%-ный раствор азотной кислоты в этиловом спирте.

Травление производится следующим образом. Тщательно отполированную и обезжиренную спиртом поверхность образца погружают в реагент и выдерживают необходимое время. Продолжительность травления зависит, в первую очередь, от химического состава металла: при повышенном содержании в металле легирующих примесей продолжительность травления обычно увеличивают. Важное значение имеет также структурное состояние металла: троостит и троостосорбит вытравливаются интенсивнее, а феррит и мартенсит медленнее.

В тех случаях, когда необходимо более тщательное травление для изучения мельчайших составляющих микроструктуры сварных швов при большом увеличении, используют растворы пикриновой кислоты.

Для травления при исследовании микроструктуры сварных швов алюминиевых сплавов в качестве реактива используют 0,5%-ный водный раствор плавиковой кислоты.

Для приготовления микрошлифов сварных коррозионностойких сталей находит применение электролитическое травление, обеспечивающее значительно более равномерное выявление микроструктуры, чем обычное травление. Электролитическое травление приемлемо также для низкои среднелегированных сталей. Наиболее эффективно его использование в тех случаях, когда качество поверхности шлифов должно быть очень высоким (для электронно-микроскопических исследований) и при этом необходимо удалить следы наклепа в поверхностном слое.

Исследование микрошлифа обычно заключается в следующем. После полирования (до травления) его обследуют под микроскопом при увеличении в 100 — 500 раз, чтобы установить наличие пор, оксидных пленок и микротрещин в шве. Неметаллические включения на белом фоне микрошлифа имеют вид темных пятен. Микротрещины проявляются в виде тонких черных извилистых кривых. После травления микрошлиф изучают под микроскопом и определяют структуру сварного шва по всему сечению (виды и соотношения структурных составляющих, наличие и распределение карбидов, нитридов, сульфидных и оксидных включений).

В тех случаях, когда исследование осуществляется не сразу после приготовления микрошлифов или выполняется многократно с перерывами, необходимо обеспечить их хранение. Поскольку поверхность шлифа при хранении должна быть защищена от окисления, уже при полировании и промывке шлифов используют пассивирующий раствор, а также их особенно тщательно промывают спиртом и просушивают.

Если шлиф предполагается хранить длительное время, то его поверхность покрывают тонким слоем раствора кедрового масла (0,1 … 0,2 см3) в серном эфире (100 см3). Образующаяся при этом прозрачная пленка не препятствует изучению шлифа и легко удаляется с помощью бензина.

Для хранения шлифы помещают в эксикатор — прозрачный сосуд, состоящий из нижней конусной части и верхней цилиндрической, разделенных тонкой металлической или фарфоровой перегородкой с отверстиями, через которые проходит воздух. Сверху такой сосуд плотно закрывается притертой крышкой с фланцем (при открывании эксикатора крышка сдвигается, а не поднимается). Для того чтобы шлифы не окислялись, в нижнюю часть эксикатора помещают слой хлорида кальция — гигроскопического вещества, хорошо поглощающего влагу (которое перед засыпкой в эксикатор прокаливают для полного удаления из него влаги).

В процессе приготовления шлифов требуется соблюдать определенные правила безопасности.

Все операции следует выполнять в специальном вентилируемом помещении. На шлифовальных и полировальных станках должны быть установлены местные отсосы.

Работать следует в спецодежде — халате, рукава которого должны быть застегнуты во избежание попадания в станок при вращении круга, а глаза должны быть защищены очками от попадания абразива.

При механическом шлифовании и полировании шлиф следует крепко держать в руке, чтобы он не вырвался и не нанес повреждений.

Особую осторожность требуется проявлять при составлении реактивов и электролитов, предназначенных для приготовления и травления шлифов. В большинстве случаев это растворы и смеси кислот, солей и щелочей, оказывающие вредное воздействие на организм человека. Попадая на кожные покровы (в виде капель, брызг или струи) и слизистые оболочки (в виде паров), вредные вещества могут вызвать ожоги разной степени, а также оказать местное или общее токсическое действие.

Наиболее сильные ожоги вызывает смесь азотной и соляной кислот («царская водка»). Далее по интенсивности вредного воздействия кислоты располагаются в следующем порядке: смесь серной и хромовой кислот (хромовая смесь), азотная, серная, плавиковая, хромовая, соляная, уксусная, молочная, ортофосфорная, щавелевая и др. Горячие кислоты и смеси могут вызвать обугливание пораженных участков.

Сильные ожоги возможны и при воздействии концентрированных растворов щелочей (например, едкого натра).

Вдыхаемые в большом количестве газы, выделяющиеся при электрополировании и травлении шлифов, могут вызвать ожоги слизистых оболочек и отравление организма, поэтому при работе с вредными веществами необходимо принимать специальные меры предосторожности.

При розливе кислот и других едких жидкостей, а также при дроблении твердых едких веществ необходимо надевать спецодежду: прорезиненный фартук, сапоги, резиновые перчатки и защитные очки. При розливе вредных жидкостей должны применяться наклоняющиеся штативы или стеклянные трубки с грушей. Розлив непосредственно из бутыли следует производить очень осторожно. При дроблении едкие вещества необходимо заворачивать в ткань, чтобы их мелкие кусочки не попали в глаза, на руки и одежду. Взвешивание, растворение едких веществ и электрополирование необходимо производить только в специальном помещении и вытяжном шкафу, надев защитные очки и резиновые перчатки.

В помещении также должны иметься нейтрализующие растворы и аптечка со средствами для оказания первой помощи.

При составлении электролитов и травителей едкие жидкости отбирают из большой бутыли только специальными пипетками с расширителем.

Ядовитые и едкие жидкости нельзя хранить в стеклянных тонкостенных сосудах. При приготовлении смесей склянки с вредными жидкостями берут не за горловину, а снизу или под дно, а при их открывании горловину направляют в сторону от лица.

Растворение и разбавление веществ (кислот, щелочей и др.), сопровождающиеся выделением большого количества теплоты, нельзя осуществлять в толстостенных сосудах, поскольку из-за неравномерного нагрева они могут лопнуть. Чтобы разбавить серную кислоту, ее следует вливать тонкой струей в холодную воду, равномерно перемешивая. При вливании воды в серную кислоту вследствие выделения большого количества теплоты возможно ее сильное разбрызгивание или повреждение сосуда. Наливать серную кислоту разрешается только в сухую посуду.

Водные электролиты, содержащие хромовую кислоту, составляют последовательно с перемешиванием, растворяя в ней сначала фосфорную, а затем серную кислоту.

Электролиты, в состав которых входит большое количество хлорной кислоты, взрывоопасны. При составлении таких электролитов ее последней медленно подливают в раствор, охлажденный примерно до 15 °С.

Нагревать вредные и ядовитые вещества можно только в бане (воздушной, водяной, песчаной), помещенной в вытяжной шкаф.

По окончании работы следует нейтрализовать вредные вещества, попавшие на спецодежду, а сильно загрязненную одежду выстирать.

Просмотров: 328

Эксплутационный контроль сварных соединений.

В процессе эксплуатации сварных изделий происходит старение материала, сопровождающееся износом и разрушением. Эти явления приводят к появлению неисправностей и отказов изделий.

Неисправность– это состояние сварного соединения, при котором оно не соответствует хотя бы одному требованию НТД. Изделие, характеризующееся неисправностью, можно эксплуатировать с учётом обеспечения постоянного контроля за его эксплуатацией.

Отказ– это полное нарушение работоспособности изделия, при котором дальнейшая его эксплуатация невозможна. Отказы могут быть постепенные и внезапные.

Постепенные отказы связаны с медленным (вязким) разрушением изделия, а внезапные отказы — с хрупким разрушением изделия.

Износ – изменение размеров, формы и состояния поверхности сварного соединения. При износе наблюдается углубление, увеличивается шероховатость поверхности и имеет место остаточная деформация поверхностного слоя (наклеп).

Среди сварных соединений наиболее склонны к износу сварные соединения, выполненные контактной сваркой.

Износ классифицируют на виды:

• механический износ, возникает в трущихся элементах;

•абразивный износ, возникает в результате попадания твёрдых частиц в зазор между трущимися элементами;

•коррозионный износ, возникает при наличии нагрузок и коррозионной среды;

•усталостный износ, возникает при переменных нагрузках.

Износ сопровождается разрушением и возникновением поверхностных микротрещин.

В сварных изделиях возникают также усталостные трещины, а также трещины, связанные с явлением ползучести.

Появление усталостных трещин связано в первую очередь с влиянием концентраторов напряжений (забоины, риски, резкие переходы от шва к основному металлу, от одной толщины к другой, наличие отверстий). При действии переменных нагрузок в наиболее слабом месте изделия, где возникают остаточные напряжения, превышающие предел выносливости, появляются микротрещины, развивающиеся в дальнейшем в усталостные трещины, которые приводят к внезапному разрушению соединения (отказу) без видимых пластических деформаций.

Большое влияние на усталость оказывает изменение температурных условий эксплуатации (теплосмены) и воздействие коррозионной среды.

При этом разрушение соединения происходит при значительно меньших напряжениях. Появление трещин ползучести связано с медленным нарастанием во времени пластической деформации материала при длительных механических воздействиях и нагреве.

Материалы и сварные соединения, работающие длительное время при высоких температурах, постепенно разрушаются при напряжениях значительно меньших предела текучести.

На появление трещин усталости и ползучести оказывает влияние низкая пластичность металла, наличие дефектов – несплошностей в сварном шве, а также структурные изменения, связанные с упрочнением и разрупрочнением металла в процессе эксплуатации..

При эксплуатационном контроле важно фиксировать не только появление трещин, но и знать кинетику их развития во времени. Исследование кинетики развития трещин и разрушений является задачей технической диагностики сварного соединения.

Техническая диагностика– занимается установлением и изучением признаков, характеризующих техническое состояние изделий, для предсказания возможных отклонений контролируемых параметров ( например, длина трещины или толщина изделия) за допустимые пределы, вследствие чего возникают внезапные отказы.

Техническая диагностика даёт возможность оценить продолжительность эксплуатации изделия, т.е. его долговечность при появлении дефектов. Методы технической диагностики применяют для рациональной организации контроля работоспособности сварных изделий в процессе эксплуатации. Методы технической диагностики разделяют на:

•экспериментальные;

•расчётные.

В расчётных методах определяют напряжённое состояние контролируемого сварного изделия при наличии дефектов. При этом выполняют моделирование состояния дефектного соединения с помощью компьютерной техники.

К экспериментальным методам исследования работоспособности дефектного соединения, относят механические испытание, например, испытания на хрупкость ( трещиностойкость), используемое в механике разрушение, для оценки стойкости сварного соединения к хрупкому разрушению.

Испытания на хрупкость проводятся на сварных соединениях со статическим изгибом образца, у которого выполнен надрез, в вершине которого имеется искусственная усталостная трещина. Образец нагружают до момента быстрого (нестабильного) развития трещины. Затем по величине нагрузки и длине трещины рассчитывают коэффициент интенсивности напряжения:

К_IC= σ_а √π l_тр,

σ_а— максимальное (амплитудное) напряжение,

l_тр— длина трещины, при которой начинается быстрый ее рост;

Этот коэффициент является главным критерием оценки хрупкости разрушения сварного соединения.

Если σ √ π l < К_IC, где σ- напряжение в данный момент нагружения, а l – текущая длина трещины, то трещина не развивается и разрушение не наступает. Если σ √ π l > К_{IC ,}то трещина нестабильна, быстро развивается по длине и возникает хрупкое разрушение.

Испытания на хрупкость проводят для различных условий нагружения, что позволяет установить ресурс работы изделия и оценить вероятность возникновения отказа. Зная коэффициент интенсивности напряжения и предел текучести металла можно по приведенной формуле определить критическую величину трещины, превышение которой вызывает хрупкое разрушение сварного соединения.

Аналогичные коэффициенты можно определить не только при статических, но и динамических нагружениях.

Большую информацию по определению характера зон разрушения и связь её с дефектами и концентраторами дают методы фрактографии ( методы анализа изломов).По виду излома можно определить пластичность или хрупкость металла, или сварного изделия.

Пластичные вязкие металлы дают волокнистый (с выступами) серый излом с матовой поверхностью, т.к. характеризуются мелкозернистой структурой. Хрупкие материалы имеют блестящий , кристаллического вида излом, т.к. характеризуются крупнозернистой структурой. Для изучения макро- и микроизломов используют металлографические и электронные микроскопы.

По виду излома можно судить также о дефектах сварного шва:

•поры выглядят как округлые или вытянутые пустоты;

•горячие трещины имеют темную окисленную поверхность;

•холодные трещины имеют блестящую поверхность;

•металлические включения имеют вид пустот с острыми краями;

•оксидные пленки, например на алюминиевых сплавах, имеют волокнистый вид.

К экспериментальным методам технической диагностики относят также методы толщинометрии, структуроскопии и интроскопии, являющиеся методами неразрушающего контроля.