1350

ГЛАВА 9

КОНТРОЛЬ ПРИ КОНТАКТНОЙ СВАРКЕ

§ 9.1. СПОСОБЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ

Качество соединений, выполненных контактной свар­ кой, определяется в основном наличием сплошной металлической связи по заданной площади соединения. При точечной, шовной и в большинстве случаев при рельефной сварке эта площадь оцени­ вается размерами зоны взаимного расплавления деталей. При сты­ ковой сварке металлическая связь должна быть установлена по всей площади торцов соединяемых деталей. Невыполнение этих требований влечет образование непроваров. Непровары, несплошности (трещины, раковины), выплески, недопустимые изменения свойств металла (§ 1.6, 2.5), а также несоблюдение установленного внешнего вида, формы и расположения швов квалифицируются как дефекты.

Существующий уровень технологии и сварочного оборудования не может гарантировать полное отсутствие дефектов в сварных соединениях. Их возникновение связано с воздействием на процесс сварки различного рода случайных возмущений, которые обычно разделяют на возмущения от произвольных отклонений технологи­ ческих факторов (величины сборочных зазоров, размеры рабочей поверхности электродов, показатели качества подготовки поверх­ ности деталей, отсутствие надежного закрепления деталей в зажимах стыковой машины и т. п.) и на возмущения от произвольных коле­ баний электрических и механических параметров сварочного обору­

дования в процессе сварки.

При точечной, шовной и рельефной сварке непровары в некото­ рых случаях удается обнаружить внешним осмотром, упругим отгибанием (например, стамеской) кромки при малой толщине дета­ лей. Однако, даже используя радиационные методы контроля, например, просвечивание рентгеновскими лучами, обнаружить не­

провар не всегда удается (см. § 9.2).

^Если в конструкциях, свариваемых точечной, шовной или рельеф­ ной сваркой, по каким-либо причинам не предусмотрено образование взаимного расплавления деталей, установить качество сварки не представляется возможным. В таких случаях методы кон­ троля должны оговариваться специальными техническими усло­

виями.

Исправляют непровар повторной постановкой точек или подвар­ кой дуговой сваркой после разделки шва.

Внутренние и наружные выплески определяют внешним осмотром, рентгеновским просвечиванием.

Дефекты зоны сварки, наружные или внутренние (трещины, раковины, поры) обнаруживают соответственно внешним осмотром, ультразвуковым или рентгеновским методами контроля. Устраняют дуговой сваркой после разделки дефектного участка шва.

Дефекты структуры (охрупчивание, перегрев) как при точечной, так и при стыковой сварке обнаруживают внешним осмотром (по цве­ там побежалости) или измерением твердости. Эти дефекты в отдель­ ных случаях удается исправить локальной (в электродах машины) или общей термообработкой узла.

При стыковой сварке внутренние дефекты (непровары, посторон­ ние включения, трещины, раковины) обнаруживают внешним осмо­ тром, ультразвуковым, электромагнитным и рентгеновским методами контроля. Однако методы надежного определения непровара отсут­ ствуют. Устраняются дефекты дуговой сваркой.

К дефектам следует отнести также различные отклонения гео­ метрических параметров сварного соединения (глубокие вмятины ог электродов, неправильная форма шва, отсутствие соосности сва­ риваемых деталей и др.). Основной причиной их образования следует считать нарушение техники и технологии сварки. Эти дефекты обнаруживают внешним осмотром.

Количество дефектов, допускаемых без исправления и подлежа­ щих исправлению, зависит от ответственности сварного узла и регла­ ментируется соответствующими техническими условиями.

Для предупреждения образования дефектов и их своевременного обнаружения организуют контроль всех звеньев производства свар­ ных узлов, начиная со стадии проектирования сварной конструкции, затем сопутствующих сварке операций, собственно процесса сварки и готовых узлов, а также проводят систематическую паспортизацию оборудования и проверку квалификации наладчиков и сварщиков.

В зависимости от способа сварки, организации производства, ответственности конструкций и других особенностей выбирают различные способы контроля и последовательность их выполнения. Методы контроля качества направлены на предупреждение всех указанных выше дефектов в соединениях, а также на выявление возникших дефектов. Однако главным их назначением применительно к условиям контактной сварки является диагностирование и пред­ упреждение непроваров, так как остальные дефекты сравнительно легко обнаруживаются общеизвестными методами дефектоскопии.

На рис. 9.1 дан наиболее полный перечень существующих спосо­ бов контроля шва, выполненных контактной сваркой.

Технологический контроль чертежей — первый и важнейший этап контроля; он способствует созданию технологичной конструк­ ции сварного узла в стадии его проектирования и выполняется наиболее квалифицированными технологами-сварщиками. На этом этапе проверяется правильность выбранного сочетания толщин и марок металла, размещение сварных швов и выбор размеров свар­ ных соединений, возможность свободного подхода к месту сварки

Рис. 9.1. Перечень существующих способов контроля швов, выполненных контактной сваркой

рабочими элементами машины, возможность контроля сварных швов, а также механизации и автоматизации процессов сварки и контроля.

Контроль операций, сопутствующих точечной и шовной сварке, включает проверку размеров входящих деталей и узла после сварки

иприхватки, марки металла и его технологического состояния, качества поверхности деталей; качества антикоррозионных покры­ тий, правильности их размещения и времени нанесения под на­ хлестку; марки металла электродов, формы их рабочей поверхности

иохлаждения, качества сборки; размеров и расположения прихва­ ток, а также базовых размеров сборочных и прихваточных приспо­ соблений.

Во время сборки, прихватки и сварки часто образуются упругие зазоры. Если они больше установленного допуска, можно ожидать дефектов в виде непроваров и выплесков. Для измерения зазоров создана контрольная аппаратура, монтируемая на сварочной ма­ шине. До сварки измеряют общее перемещение подвижного элек­ трода — от момента его соприкосновения с поверхностью верхней детали до момента закрытия зазора Добщ с учетом заранее измерен­ ного прогиба консолей машины /к. Таким образом, зазор опре­ деляется разностью

^Аобщ /к*

Перемещение Добщ и /к измеряют фоторастровым цифровым Датчиком, сигналы с которого после усиления передаются на вход электрического счетчика, преобразуются в натуральную величину (мм) и высвечиваются на индикаторном табло. Пуск счетчика проис­ ходит от стартового сигнала при замыкании электрической цепи

электрод — деталь — электрод. Если зазор оказался больше номинального, дается световой сигнал и блокируется цепь включения сварочного тока. Эффективность этой аппаратуры может быть улуч­ шена, если добавить датчик FCB для измерения усилия, затрачива­ емого на устранение захлопывания зазора для автоматического корректирования режима сварки.

На качество деталей и стойкость электродов большое влияние оказывают процессы массопереноса (см. п. 1.5.2). Их активность при сварке постепенно возрастает и достигает критического значения после сварки определенного числа точек. Установить .этот предел визуально не представляется возможным. Накопление продуктов взаимодействия сопровождается соответственно увеличением элек­ трического сопротивления и перепада напряжения в контакте элек­ трод — деталь при сварке от точки к точке. Значение перепада напряжения используют в качестве объективного признака, харак­ теризующего состояние контакта. Разработана контрольная аппа­ ратура (АКСП-2-МАТИ), в которой при сварке каждой точки авто­ матически сравниваются фактическое амплитудное значение напря­ жения с базовым или критическим. При совпадении величины напряжений срабатывает сигнальное устройство, предупреждающее сварщика о необходимости зачистки электродов. Базовое значение напряжения устанавливается экспериментально. При стыковой сварке проверяется соосность и качество закрепления деталей, наличие упоров, качество электрического контакта деталь — электрод и т. п.

При автоматизации цикла сварки повторяемость выбранной программы в значительной мере определяет качество сварки, которое зависит от надежности работы сварочного оборудования. Машины в установленные сроки подвергаются текущему (предупредитель­ ному) и капитальному ремонту, а также периодически проходят так называемую аттестацию, которая заключается в проверке пас­ портных данных и выдаче свидетельства о пригодности машины к эксплуатации.

В паспорт заносят и систематически проверяют основные механи­ ческие и электрические характеристики оборудования, которые не должны изменяться во времени свыше установленного допуска. Свидетельство о пригодности сварочных машин к эксплуатации выдается на основе всесторонних испытаний технологических образ­ цов. При этом основное внимание уделяется показателям стабиль­ ности размеров литой зоны шва и результатов механических испы­ таний.

На качество сварки оказывает влияние квалификация наладчи­ ков и сварщиков. От навыка наладчиков зависит надежность свароч­ ного оборудования и аппаратуры контроля; от навыка сварщика зависит качество прихватки и сварки узлов. В связи с этим к свар­ щикам предъявляются определенные квалификационные требова­ ния, отнесенные к соответствующему разряду работы, предусмотрен­ ному тарифно-квалификационными справочниками. Для оценки квалификации наладчиков и сварщиков периодически проводят

их аттестацию — проверку теоретических и практических знаний в объеме специальных программ, включающих вопросы техники безопасности. На основании результатов аттестации специальные аттестационные комиссии выдают наладчикам и сварщикам сви­ детельство о допуске к самостоятельной работе.

Статистический контроль является способом статистической об­ работки результатов, полученных другими методами контроля. В условиях контактной сварки этот контроль может быть исполь­ зован как при операциях промежуточного контроля (для оценки качества работы оборудования, правильности подобранного режима

сварки, качества подготовки поверхности), так и при окончательном контроле.

Для суждения о качестве процесса, стабильности результатов сварки показатели качества, обследованные по отобранной пробе, немедленно обрабатывают и предъявляют контролерам и наладчи­ кам. Распространенная и удобная форма записи результатов об­ работки испытаний проб — точечные графики, вывешиваемые на видном месте на соответствующих позициях контроля. Методы статистического контроля позволяют оценить достоверность кон­ троля, а также установить оптимальный объем выборки для кон­ троля соединений.

Современное производство, как правило, характеризуется большим объемом работ, связанных с контролем. Трудоемкость контроля становится сопоставимой с трудоемкостью процесса изго­ товления изделий. В связи с этим возникает необходимость резкого увеличения производительности контроля без ущерба для качества соединений. Это достигается путем механизации и автоматизации ручных контрольных операций, создания систем автоматического пассивного и активного контроля в процессе сварки (сопутствующий контроль) по параметрам, обладающим наибольшей связью с каче­ ством сварки. При пассивном контроле соответствующая аппаратура констатирует лишь качество, сварки, не вмешиваясь в процесс сварки. При активном контроле происходит автоматическое корректирова­ ние процесса (с целью получения заданного качества сварки) в за­ висимости от разности между заданным изменением выбранного оценочного параметра и его фактическим сигналом.

Сопутствующий контроль обеспечивает выдачу сигналов оценки

качества на наиболее ранней стадии	изготовления сварных узлов.
§ 9.2. КОНТРОЛЬ СВАРНЫХ	СОЕДИНЕНИЙ

Контроль сварных соединений заключается в качествен­ ной или количественной оценке основных признаков, характеризу­ ющих их работоспособность. Контроль осуществляют с разрушением и без разрушения соединений.

Контроль с разрушением проводят путем испытания технологи­ ческих образцов (образцов-свидетелей) и выборочных испытаний сварных конструкций. Этот способ контроля дает практически лишь

Рис. 9.2. Форма технологических образцов для испытаний

консультативную информацию, информацию по аналогии, так как качество неразрушенных соединений в изделиях остается неизве­ стным. В то же время простота и наглядность результатов послужили причиной широкого применения контроля с разрушением, особенно технологических образцов в промышленности.

Подбор режима сварки, проверку качества соединения в процессе сварки, а также проверку стабильности работы сварочного обору­ дования ведут по результатам соответствующих испытаний техно­ логических образцов. Технологические образцы должны соответство­ вать свариваемым деталям по марке металла, состоянию поверхности, сочетанию толщин или сечению, шагу сварных точек, а в отдельных случаях и по форме узла.

Форма образцов для точечной, шовной и рельефной сварки ли­ стовых конструкций приведена на рис. 9.2. Образцы типов а и б разрушают в тисках зубилом или специальным инструментом, используют для изготовления шлифов продольного и поперечного сечения шва, подвергают рентгеновскому просвечиванию.

По результатам разрушения предварительно 'определяют диаметр литой зоны сварной точки или поперечное сечение шва. Шлифы используют для металлографических исследований сварного соеди­ нения. При этом уточняют размеры ядра, определяют глубину проплавления, вмятину от электрода и наличие внутренних дефектов по микроструктуре (см. § 1.6, 2.5). По рентгенограммам в общем случае судят о наличии внутренних выплесков, трещин, раковин и других внутренних дефектов сварного соединения.

Образцы типа в и г используют для испытания на срез. Образцы типа в изготовляют одноточечными или многоточечными; последние перед испытанием разрезают на одноточечные. Образцы для испы­

тания швов типа г нарезают из широкой карты д.			усилию,
Качество сварной точки оценивают по разрушающему
а качество шва — коэффициентом прочности соединения,			%:
	Крш “ ^св. т^ОО/О^,
где	aCD.ш — временное сопротивление сварного	шва, полученное
при	испытании; aD— временное сопротивление	основного	металла.

Разброс результатов механических испытаний на срез характе­ ризует стабильность процесса сварки и для серии из десяти образцов должен находиться в следующих пределах:

для образцов точечной сварки

(^ ш а х

F m ln )/^ 7с р ^ 0 , 3 "Т“ 0 ,4 5 * ,

для образцов	шовной	сварки
	^щ « -	^«nmV^cp < 0,2 - 0 . 2 5
где /'шах, fimin,	/*ср — соответственно наибольшая, наименьшая
и средняя разрушающая нагрузка на точку (шов) при срезе.

Крестообразные образцы типа е используют для механических ис­ пытаний точки на отрыв и угол поворота при скручивании. Получен­ ные данные механических испытаний сравнивают с минимально допус­ тимыми нормами прочности, предусмотренными для данного изделия.

Для проверки герметичности швов применяют образцы типа ж в виде двух сваренных между собой по периметру пластин. Испыта­ ние швов обычно ведут путем заполнения пространства между пла­ стинами сжатым воздухом с погружением образца в водяную ванну. Для подачи сжатого воздуха в одной из пластин сверлят отверстие и приваривают трубку-штуцер.

При стыковой сварке конфигурация технологических образцов в большинстве случаев повторяет форму сварного соединения в изде­ лии. После сварки образец разрушают по шву для проведения ана­ лиза изломов (визуально, с просмотром через лупу, с использованием металлографических исследований и электронной микрофрактографии). Обычно полученный излом желательно сравнивать с эталон­ ным. Кроме того, образцы подвергают испытаниям на статический изгиб, ударный разрыв и т. п. При испытании на изгиб измеряют угол изгиба, при котором образовалась первая трещина в растянутой зоне (рис. 9.3, а). При испытании трубных образцов определяют

размер	просвета /	при появлении первой трещины	в шве
(рис. 9.3, б, в).		испытаний технологических образцов	(если
По	результатам

не требуются данные по другим видам контроля) дается разрешение на сварку или приемку готового изделия, а также заключение о пригодности к эксплуатации сварочного оборудования.

Для определения качества сварных соединений в конструкции иногда практикуется выборочное разрушение определенного коли­ чества готовых изделий из партии. Виды испытаний сварных соединений зависят от конфигурации и назначения изделия и опре­

деляются специальной программой.

Неразрушающий контроль — наиболее перспективный при де­ фектоскопии сварных соединений. При контроле без разрушения применяют в первую очередь сле­ дующие методы физического контро­ ля: радиационный, электромагнит­ ный и ультразвуковой.

К неразрушающим методам кон­ троля следует отнести также кон­

троль внешним	осмотром, контроль		Рис. 9.3. Схема испытания техно­
на герметичность и		сопротивление	логических образцов, сваренным
соединений заданным		нагрузкам.	стыковой сваркой:
Наиболее простой		способ нераз­	а — статический изгиб вдоль и поперек
			шва; б, в — испытание трубных образ­
рушающего	контроля — внешний		цов

осмотр соединений невооруженным глазом или с помощью лупы 7—10-кратного увеличения. При осмотре проверяют расположение точек и швов в соответствии с чертежом, форму, размеры вмятин от электродов, наличие наружных дефектов (трещины, выплески, иногда непровары) и продуктов массопереноса, зазоры между дета­ лями и деформацию узла. При стыковой сварке внешним осмотром или обмером выявляют дефекты геометрической формы (перекосы, смещения, укорочения), подгар поверхности, трещины, пережог металла стыка. Иногда внешний осмотр позволяет обнаружить внешние трещины, непровары и структуру шва после удаления высаженного металла и грата, полирования и травления поверхно­ сти. В соединениях из легированных сталей измеряют твердость шва. При необходимости швы сварных конструкций проверяют на герметичность: в открытых конструкциях керосино-меловой пробой, в закрытых сосудах — сжатым воздухом в водяной ванне, аммиаком

синдикаторной бумагой, гелиевыми или фреоновыми течеискателями

идругими известными методами.

Кметодам неразрушающего контроля следует отнести также испытания соединений нагружением иногда до расчетных или не­ сколько превышающих этот уровень значений. Изделия, выдержав­ шие эти испытания, считаются годными. Этот метод испытаний нашел широкое применение при изготовлении радиоэлектронных приборов, у которых проверяют электрические и механические параметры. Емкости ответственного назначения кроме испытания на герметич­ ность испытывают на сопротивление расчетным вибрационным и ударным нагрузкам.

Внекоторых случаях подобные или близкие к расчетным значе­ ниям нагружения составляют неотъемлемую часть технологического процесса производства изделий. Так, например, сваренные стыковой сваркой ободья колес испытывают раздачей их на экспандере, коль­ цевые заготовки шпангоутов после сварки подвергают правке с рас­

тяжкой, соединения из полос проверяют последующей прокаткой до заданной формы. При испытании нагружением целесообразно одновременно контролировать зону сварки, например, методом акустической эмиссии с целью получения информации о появлении недопустимых дефектов.

Радиационный контроль с использованием рентгеновского излу­ чения — один из наиболее распространенных методов неразруша­ ющего контроля соединений при контактной сварке. Этим способом хорошо выявляются несплошности (трещины, раковины, скопление оксидов, поры, выплески и другие подобные дефекты), но в общем случае не выявляются непровары, при которых, как правило, несплошность отсутствует.

Тем не менее, иногда при точечной, шовной и рельефной сварке можно, используя рентгеноконтрастность границы шва, по рент­ генограмме определять размеры зоны взаимного расплавления дета­ лей и, таким образом, объективно диагностировать наличие и отсут­ ствие непроваров.

Рис. 9.4. Контроль размеров литого ядра по тене­

вой

картине на рентгенограмме:

а — при просвечивании соединения из сплава Д16; б —

при просвечивании соединения с введением тугоплавкого

рентгеноконтрастного

порошка;

в — при

просвечивании

соединения с введением расплавляемой рентгеноконтраст­

ной

ленты;

/ — сечение

сварного шва;

2 — рентгено­

грамма,

негатив;

3 — диаграмма

распределения

энергии излучения за просвечиваемым объектом; 4 —

темная граница литого ядра — скопление алюминия; 5 —

светлая

граница литого

ядра — скопление частиц

по­

рошка; 6 — светлая граница литого ядра — край оплав­

ленной ленты

Рентгеноконтрастность границ может в

некоторых случаях

возникать

«естествен­

ным»

путем,

однако

в большинстве

слу­

чаев

это достигается

«искусственно».

В первом случае (для ограниченного

числа

металлов)

образование

рентгено-

контрастных границ является результатом

перераспределения

элементов,

входящих

в состав данного сплава, в стадии плавле­

ния и кисталлизации. Так, например, при

точечной

сварке

сплава

Д 16

за

счет

дендритной

ликвации

при быстром

охлаждении и кристаллизации

основания

столбчатых

кристаллов оказываются

обогащении ми алю­

минием.

2 (рис. 9.4, а). Таким образом, граница литого ядра оказы­

вается

рентгеноконтрастной — меньше

поглощает

энергию рентге­

новского излучения, чем основной металл,

и

на

рентгенограмме

выявляется

в виде темного кольца 4 границы

зоны взаимного рас­

плавления

деталей. Темные кольца

с

внешней

стороны

в связи

с

образованием пояска и скопления более плотных легирующих элементов сплава окружены светлым кольцом. Характер распре­

деления энергии 3 излучения за просвечиваемым объектом зависит от локальной толщины деталей и плотности металла сварного соеди­ нения.

Аналогичный механизм формирования границ отмечается при сварке сплавов В95, Д20 и некоторых других. Если в процессе сварки расплавление отсутствует, то естественно нет темных индикаторных колец на рентгенограмме.

При сварке сплавов, не плакированных алюминием, контра­ стность темного индикаторного кольца несколько снижается. Для большинства металлов применяется методика искусственного обра­ зования рентгеноконтрастных границ за счет введения перед свар­ кой на внутреннюю поверхность нахлестки деталей рентгенокон­ трастных материалов (РКМ), в состав которых входят преимуще­ ственно более плотные элементы, чем основной металл.

Впроцессе сварки РКМ частично или полностью расплавляются

пзамешиваются в литом металле шва. Частично расплавляемые тугоплавкие РКМ обычно состоят из мелкогранулированного по­ рошка. При сварке под действием электродинамических сил нерастворившиеся частицы тугоплавкого порошка замешиваются в рас­ плаве и отбрасываются к периферии ядра. По их расположению на рентгенограмме можно судить о размерах зоны взаимного расплавле­ ния (рис. 9.4, б). При отсутствии расплавления частицы РКМ остаются в исходном состоянии — равномерно распределенными на поверхности под нахлесткой.

Расплавляемые РКМ обычно выполняют в виде тонких лент, состоящих из сплава, близкого по составу к свариваемым металлам и легированного небольшим количеством рентгеноконтрастных эле­ ментов; перед сваркой ленту размещают между деталями. Во время сварки она расплавляется и перемешивается с металлом шва. Гра­ ница оплавления ленты обычно совпадает с зоной взаимного рас­ плавления и отчетливо видна на негативе рентгенограммы в виде светлого кольца. Контрастность изображения кольца увеличивается за счет некоторого утолщения оплавленных краев ленты в резуль­ тате общей пластической деформации периферийных участков свар­ ного соединения (рис. 9.4, в).

Для увеличения разрешающей способности метода контроля стремятся к тому, чтобы коэффициент контрастности /Ск как можно больше отличался от единицы; этот коэффициент определяется отно­ шением коэффициентов ослабления излучения в РКМ (МРКМ) и свариваемом металле (А4С.М)

/Сн = Л4ркм/Л4с.м ^ 1-

В табл. 9.1 для некоторых сплавов приведены рекомендуемые тугоплавкие и расплавляемые РКМ.

Рассмотренный метод позволяет определять размеры зоны взаим­ ного расплавления при сварке деталей одинаковой и разной тол­ щины, а также при сварке соединений более чем из двух детален. В последнем случае целесообразно при просвечивании располагать сварной шов под углом 20—30° к оси рентгеновского излучения.