Министерство образования, науки, молодежи и спорта украины

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ ПРИРОДООХРАННОГО И КУРОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

Кафедра: «Металлические и деревянные конструкции»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе №12

по сварке металлов и пластика

« ИЗУЧЕНИЕ ДЕФЕКТОВ СВАРНЫХ ШВОВ И ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ»

по дисциплине

«Металловедение и сварка»

для студентов строительных специальностей

дневной и заочной формы обучения

Симферополь, НАПКС, 2010г.

Методические указания к выполнению лабораторной работы №12 по сварке металлов и пластика «Изучение дефектов сварных швов и предупреждение их образования» по дисциплине «Металловедение и сварка» для студентов строительных специальностей / составители: Корохов В.Г., Бусарова Н.Я. – Симферополь: НАПКС, 2010г. – 30с.

Методические указания к выполнению лабораторной работы разработаны в соответствии с программой курса для строительных специальностей и рекомендациями Московского, Киевского и Днепропетровского инженерно-строительных институтов, а также Московского института стали и сплавов по методике подготовки, проведения и обработки результатов лабораторного практикума.

Одобрено и рекомендовано к печати на заседании учебно-методической комиссии АСФ 20 мая 2010 года, протокол № 9.

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Металлические и деревянные конструкции» 22 февраля 2010г., протокол №7.

Составители: В.Г. Корохов, к.т.н., профессор НАПКС

Н.Я. Бусарова, преподаватель.

Рецензент: И.В. Головченко, к.т.н., доцент

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой «Металлические и деревянные конструкции» Морозов А.Д., кандидат технических наук, профессор.

Лабораторная работа №12 «изучение дефектов сварных швов и предупреждение их образования»

1. Цель работы.

Изучить типовые дефекты, наиболее часто возникающие в сварных соединениях несущих металлоконструкций и трубопроводов из металла и пластика, причины образования дефектов, рациональные приемы контроля качества сварки и выявления дефектов, а также способы предупреждения их возникновения.

2. Краткие теоретические сведения.

Сварка – это технологический процесс образования неразъемных соединений металлических и пластиковых заготовок в детали, узлы и целые конструкции путем реализации сил межатомного взаимодействия в местах соединения заготовок. В обычных условиях межатомному взаимодействию и соединению металлических заготовок препятствуют, разделяющие их неровности и слои окислов.

Существуют два основных метода сварки металлических заготовок – плавлением и давлением.

При сварке плавлением кромки металлической заготовки расплавляют источником тепла, и зазор между ними заполняется расплавленным присадочным материалом электрода или специальной сварочной проволоки с последующим охлаждением и кристаллизацией металла, образующего шов.

При сварке плавлением используются такие источники тепла как, электрическая дуга, газовое пламя, электронный луч, луч лазера.

При сварке давлением кромки металлических и пластиковых заготовок нагревают до пластичного состояния, а потом сдавливают. При этом разрушаются и выдавливаются в стороны окисные пленки металла, заготовки при взаимной деформации сближаются до расстояния межатомного взаимодействия и соединяются. После охлаждения образуется прочное соединение. На этом основана контактная сварка, точечная и непрерывная листовых заготовок, стыковая сварка арматуры и соединение пластмассовых труб.

Сварку широко применяют в строительстве при изготовлении металлоконструкций, соединении арматуры, прокладке трубопроводов, в том числе, магистральных линий, применяют в машиностроении и в ремонтных работах.

Сваривают металлические заготовки из стали и из сплавов на основе меди, алюминия, титана.

Последнее десятилетие широко используются в строительстве, в водо- и газоснабжении полимерные материалы, в основном такие, как поливинилхлорид ПВХ ГОСТ 14332-78, полипропилен ППР ГОСТ 16338-85, полистирол ГОСТ 28250-89Е.

В швах изготовленных сварных конструкций недопустимо наличие трещин, газовых или шлаковых включений, непроплавления свариваемого материала и других дефектов, так как они значительно уменьшают прочность соединения деталей в конструкциях, которые должны выдерживать расчетные нагрузки. В трубопроводах, емкостях, теплообменниках и других конструкциях, для которых важна герметичность и недопустимо образование течи, наличие дефектов в швах и околошовной зоне является местами проницаемости для жидкостей и газов. Поэтому большое значение придается мерам профилактики и диагностирования вероятных дефектов в сварных соединениях.

Дефектоскопия сварных швов и материалов.

При изготовлении сварных конструкций и прокладке трубопроводов недопустимо образование бракованных сварных соединений с дефектами в швах или околошовной зоне. Поэтому осуществляется, как предварительный контроль качества и подготовки к сварке исходных материалов, технический контроль применяемого оборудования, контроль квалификации сварщиков, так и заключительный дефектоскопический контроль швов готовых изделий.

Меры по предупреждению и недопущению дефектов сварки осуществляются ещё на стадиях проектирования конструкций и при отработке технологии проведения намеченных сварочных работ, при уточнении режимов сварки.

Контроль материалов и сварных изделий бывает наразрушающим или разрушающим.

Разрушающему контролю подвергают специально изготовленные образцы из материалов, предназначенных для сварки, или образцы сварных соединений узлов таких же какие будут в проектируемых конструкциях. Цель его состоит в проверке свариваемости новых поступающих материалов или в отработке и уточнении режимов сварки, которые бы обеспечивали требуемое качество соединения элементов конструкций.

Неразрушающему дефектоскопическому контролю подвергают сварные конструкции и трубопроводы, предназначенные для технической эксплуатации.

Тот или иной способ контроля сварных швов с применением соответствующего дефектоскопического оборудования назначается в зависимости от степени ответственности конструкции и от планируемого объема сварочных работ.

Неразрушающий контроль бывает визуальный или с помощью приборов. Визуальный контроль осуществляется невооруженным глазом или с использованием лупы, шаблонов. Ему подвергают заготовки и материалы с целью выявления трещин, расслоений, забоин, вмятин, рванин, раковин, насплошностей на металлических или полиэтиленовых трубах. Этому виду визуального контроля подвергают материалы, поступающие на предприятие, а также, проверяют качество подготовленных заготовок, качество сборки соединений под сварку. Предварительно проверяется также качество сварных швов и качество исправления ранее выявленных дефектов.

Дефектоскопия сварных швов с помощью приборов и инструментов основана на использовании рентгеновского метода или изотопного, ультразвука, микроскопной металлографии, магнитного или химического методов, а также основана на применении измерительных инструментов.

Разрушающий контроль. Этот способ контроля качества сварных швов и исходных материалов осуществляется путем выполнения таких механических испытаний, как разрыв, изгиб или сплющивание специально подготовленных образцов. Эти образцы по размерам и конфигурации подготавливаются такими же как и проверяемые элементы создаваемой конструкции. Указанным механическим испытаниям подвергают подготовленные образцы стальных труб, полиэтиленовых труб, а также заготовки из фасонного и листового материала. Физико-механические испытания с разрушением при растяжении на разрыв выполняют в соответствии с ГОСТ 6996-66 (СТ СЭВ 3521-82 …СТ СЭВ 3524-82) «Методы определения механических свойств».

Важны такие показатели качества сварного соединения как, прочность шва и околошовной зоны, плотность, коррозионная стойкость, отсутствие трещин, шлаковых, газовых и оксидных включений, непроваров, подрезов, прожогов. Все они снижают прочность соединения, создают в нем проницаемость для газов или жидкостей. Под термином «дефект», согласно ГОСТ 16467-79, понимается несоответствие продукции требованиям нормативной документации, которая обусловливает и гарантирует полное соответствие этой продукции своему назначению.

Во избежание возникновения тех или иных дефектов в сварном соединении необходимо учитывать и строго соблюдать требуемую технологию на всех стадиях создания металлоконструкции: при её проектировании, при подготовке металла и сварочных материалов к сварке; при сборке заготовок под сварку, при выполнении самой сварки с соблюдением требуемых режимов и в нужной последовательности, а также при заключительных операциях, обеспечивающих медленное охлаждение соединения, и при освобождении его от захватов фиксирующего приспособления. Важной операцией на стадии приемки сварной конструкции является контроль качества швов, который может быть выполнен различными методами в зависимости от назначения и степени ответственности конструкции. Эта работа начинается с контроля качества исходных материалов и проверки металла на свариваемость. Задачей предварительного и операционного контроля является выявление и устранение причин, которые могут привести к появлению брака с дефектами в сварных швах.

Такие особенности сварки, как высокая температура нагрева металла, малый объем сварочной ванночки, наличие воздуха или газовой среды над сварочной ванночкой обусловливают вероятность многих отрицательных последствий сварки, таких как:

- изменение химического состава, структуры и механических свойств металла шва в сравнении с химсоставом, структурой и свойствами основного металла;

- вероятность возникновения в сварных конструкциях значительных напряжений с образованием трещин;

- образование в процессе сварки окислов железа и легирующих элементов, которые затрудняют протекание сварки, загрязняют металл шва и понижают его качество;

- образование пористости и газовых раковин в металле шва, которые понижают плотность и прочность соединений.

В настоящее время в технике начинают широко применять пластики, в частности, для изготовления армированных оконных и дверных стеклопакетов, трубопроводов в системах водоснабжения, отопления и газификации. Их использование требует соблюдения иных специфических методов сварки, исключающих образования дефектов в сварных соединениях.

Существуют три основных вида сварки пластиковых труб: раструбная, стыковая и электромуфтовая.

При раструбной сварке для систем водоснабжения и отопления, подлежащие соединению трубу и фитинг, первоначально нагревают в электронном сварочном аппарате до пластичного состояния соприкасающихся поверхностей, а затем труба вставляется в фитинг с некоторым натягом. Происходит смятие нагретых поверхностей, и после охлаждения образуется прочное и плотное соединение.

Стыковая сварка трубопроводов и фасонных заготовок осуществляется с применением торцевателя, придающего соединяемым торцам изделия плоскостность и параллельность. Затем, концы заготовок нагревают до температуры, близкой к 280⁰С и сдавливают гидравлическим устройством, после охлаждения образуется прочное и плотное соединение.

Электромуфтовая сварка осуществляется с помощью пластиковой муфты, надеваемой на концы соединяемых труб. Внутри этой муфты расположена электрическая спираль, на которую подается электрический ток, нагревающий ее внутреннюю поверхность и концы труб до пластичного состояния. После охлаждения образуется прочное и плотное соединение труб.