Контроль и управление качеством сварочных работ

УДК 621.791:658.562(075.8)
ББК 30.61-7я73
 
Д33

Р е ц е н з е н т ы : цикловая комиссия специальных дисциплин специальности 
«Оборудование и технология сварочного производства» учреждения образования 
«Могилевский государственный политехнический колледж» (преподаватель 
Л.Я. Зин кевич); заведующий лабораторией «Синтез технических систем» ГНУ 
«Объ еди ненный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси» доктор технических наук С.В. Медведев

Выпуск издания осуществляется по заказу Республиканского института профессионального образования и при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 
части не может быть осуществлено без разрешения издательства.

ISBN 978-985-06-2739-1 
© Денисов Л.С., 2016
 
© Оформление. УП «Издательство
 
“Вышэйшая школа”», 2016

От автОра

… Прежде чем делать продукцию, мы делаем 
людей…

Успехи мирового рынка сварочных технологий и сварочного оборудования – объективная закономерность развития научно-технического прогресса и эффективной экономической стратегии развитых стран, 
направленная на повышение качества жизни человека.
Качество – неотъемлемая и главная национальная задача, жестко 
связанная с эффективностью производства и качеством выпускаемой, 
равно как и восстанавливаемой, продукции. Отрасли машиностроения, 
автомобилестроения, энергетики, радиоэлектроники, приборостроения, 
обороны, строительства и сельхозмашиностроения, нефтехимии, коммунального хозяйства, пищевой промышленности и медицины являются сегодня активными потребителями сварочных технологий.
Уникальные высотные сооружения, жилые, общественные и производственные здания с обширной инфраструктурой, наземный, водный 
и воздушный транспорт, космические устройства, грузоподъемные механизмы и конструкции, коммуникационные связи, бытовые приборы 
изготавливаются на основе многочисленных и разнообразных соединений, где порядка 60–70% сварных соединений. Качество и надежность 
создаваемой, сооружаемой и восстанавливаемой продукции в процессе 
эксплуатации непосредственно зависят от надежности выполненных 
соединений, и в том числе сварных. Сварочное производство, а именно 
сварочные технологии и родственные им процессы, позволяет сегодня 
быстро и надежно выполнять многообразные соединения различных 
изделий и сооружений.
Учебное пособие предназначено для подготовки специалистов по контролю качества сварочных работ и управлению качеством, что позволит 
обеспечивать конкурентоспособность изготавливаемой продукции.
Учебный материал, излагаемый в пособии, соответствует программам 
подготовки контролеров сварочных работ учреждений профессиональнотехнического и среднего специального образования, учебных центров 

подготовки и повышения квалификации специалистов по контролю, 
а также программам периодической аттестации персонала, выполняющих 
контроль качества сварных соединений в соответствии с EN 473:2008 г.
Предлагаемое учебное пособие позволит специалисту-контролеру 
(оператору) правильно выбирать методы контроля и объективно оценивать дефектность и уровень качества сварных соединений, определять 
и анализировать причины дефектности и принимать адекватные меры 
по их предупреждению.
Структура учебного пособия обусловлена тематической последовательностью и практической целесообразностью.
Первая глава содержит краткие и необходимые сведения о сварке, 
формирующие представление о процессах и продукции сварочного производства – сварных соединениях. Здесь даются также общие сведения 
о сварочном производстве и факторах качества.
Вторая глава описывает дефекты сварки, измерение и оценку дефектов, выявляемость дефектов и их формирование, способы исправления 
дефектных соединений, влияние дефектов на прочность и работоспособность соединения и конструкции.
Третья глава раскрывает организацию контроля качества, структуру 
и задачи контрольных служб (лабораторий, центров и т.д.), технические 
средства контроля и другие сведения, необходимые для перехода к основному материалу книги – методам контроля и управлению качеством 
сварочной продукции.
Четвертая и пятая главы освещают сущность и физические основы 
неразрушающих методов контроля качества и методов контроля с разрушением. Особое внимание здесь уделяется методам внешнего осмотра 
и измерения дефектов, радиационной дефектоскопии, в том числе радиографическому и рентгенографическому контролю, ультразвуковым 
методам контроля, контролю герметичности сварных изделий, а также 
разрушающим методам контроля: прочности и пластичности соединений, испытаний на твердость, ударную вязкость и др.
Шестая глава вводит учащегося в курс новых и весьма важных эффективных статистических методов контроля сварочных работ, в том 
числе изучаются систематизация сварочного производства, показателиизмерители качества сварных соединений, методы сбора, учета и обработки информации о дефектах сварки, процедуры статистического 
анализа и регулирование технологических процессов.
Седьмая глава дает читателю ключ к организации новейших современных методов управления качеством сварочных работ, в том числе 
учение о факторах сварочного производства, статистических связях 
«фактор–причина–дефект», моделях управления процессами, общей 
схемой управления качеством сварочного производства.

Восьмая глава описывает безопасность труда при сварке и контроле 
качества сварочных работ и сварных соединений.
В приложениях к учебному пособию дан важный практический материал – руководство при контроле и управлении качеством сварных 
соединений.
Автор надеется, что настоящее учебное пособие поможет учащимся 
и преподавателям лицеев и колледжей овладеть необходимыми техническими знаниями о современных методах контроля и обеспечении 
качества сварки и стать квалифицированными специалистами-менеджерами качества.

введение

… Качество вряд ли имеет достижимые пределы, тогда как количество природных богатств 
и производственных ресурсов несомненно 
ограничено.

Современные сварочные и родственные технологии, создающие неразъемные соединения, широко применяются во всех сферах производственной деятельности, практически на каждом предприятии или 
в организации, на заводе или в фирме при изготовлении различного рода 
продукции, при ремонтных, восстановительных и иных работах. Сварка сегодня и в обозримом будущем – единственный быстрый, качественный, прогрессивный способ обработки и соединения металлов и неметаллов.
Развитие машиностроения, автомобильной и тракторной промышленности, энергетики, нефтехимии, строительства, радиоэлектроники, 
сельхозмашиностроения, станко- и приборостроения, коммунального 
хозяйства, пищевой промышленности, медицины и других отраслей – 
потребителей сварочных и родственных технологий требует изготовления большого объема ответственных металлоконструкций, высоконагруженных транспортных и подъемных средств, узлов, механизмов, 
деталей и трубопроводов различного назначения. Поэтому сегодня, 
завтра и в обозримом будущем количество выполняемых сварных соединений будет постоянно возрастать. Например, ежегодно различными 
способами сварки, пайки и склеивания в Республике Беларусь изготавливают порядка 109–1011 соединений протяженностью 0,3 м, условно 
приведенной толщины 2,0–12,0 мм.
К наиболее важным проблемам на данном этапе следует отнести 
организацию непрерывного повышения профессионального мастерства 
рабочих и специалистов; актуализацию и разработку в полном объеме 
нормативной базы; снижение металлоемкости сварных конструкций 
и массы наплавленного металла; создание и внедрение эффективной 
структуры способов сварки; обновление парка сварочного оборудования; 

разработку и выпуск конкурентоспособных сварочных материалов 
и сварочного оборудования; организацию подготовки предприятия 
к производству сварочных работ; обеспечение требуемого уровня качества сварки в процессе производства; внедрение статистических методов 
контроля и управления качеством.
Условия и особенности соединения металлических и неметаллических 
элементов осложняют течение сварочных процессов, нарушают их стабильность, что приводит к частому браку соединений. Как установлено 
исследованиями, выполненными в МВТУ им.Баумана автором, каждое 
4-е или 5-е соединение сваривали с недопустимыми дефектами. По отдельным подразделениям брак достигал еще большего значения. По данным исследований Белорусского института сварки и защитных покрытий, уровень брака ответственных сварных соединений достигает 30% 
и более (строительство, нефтехимия, сельхозмашиностроение и др.), 
а затраты на его исправление составляют около 10% общей стоимости 
работ. В промышленности и строительстве, в том числе в автомобиле- 
и тракторостроении, на строительных объектах не ведется учет и анализ 
дефектности сварных соединений, что не позволяет рассчитывать базовый уровень качества, потери от брака и его предупреждение. В настоящее время невозможно просчитать все последствия и определить полные убытки, возникающие в результате отказов по причине брака сварки и аварий в процессе эксплуатации оборудования и сооружений из-за 
низкого качества соединений.
Высокая энерговооруженность и интенсификация процессов на производствах и при эксплуатации сооружений создают значительные 
удельные нагрузки на элементы соединений, поэтому проблема повышения качества и надежности сварных соединений продолжает оставаться исключительно важной и актуальной государственной задачей.
Являясь межотраслевым, сварочное производство перерабатывает 
более 70% всего металлопроката республики, а продукция сварочных 
и родственных технологий стала массовой. От качества, прочности, 
герметичности и работоспособности соединений во многом зависят 
и качество выпускаемой, ремонтной и восстанавливаемой продукции, 
снижение техногенных аварий на производствах и в других сферах жизнедеятельности человека. Вместе с тем качество сварочных работ и сварных соединений продолжает оставаться низким, а его проблемы – нерешенными.
Поэтому в представленном учебном пособии наряду с изучением 
классических методов контроля введены новые высокоэффективные 
статистические методы контроля и управления качеством сварочных 
работ по результатам прежде всего неразрушающего контроля. Введены 
количественные показатели качества, учет, обработка и анализ дефект

ности, регулирование технологических процессов по цепочке «фактор  причина  дефект», позволяющие обеспечивать в сварочном 
производстве снижение уровня дефектности вплоть до нулевого значения.
Главной целью при этом является предупреждение и устранение или 
сведение к минимуму действия дестабилизирующих факторов. Это прежде всего важные меры по непрерывному совершенствованию производства (квалификация, технология, материалы, оборудование), внедрению прогрессивной организации контроля статистических методов 
управления качеством сварки. Контроль не должен только фиксировать 
брак, его главное назначение – предупреждать появление брака. Важнейшим элементом системы является планирование и прогнозирование 
качества. Следует отметить, что создание такой системы возможно 
на любом предприятии, в любой организации и любой отрасли.
Очень важно уже сегодня перейти от только регистрации дефектов 
контрольными лабораториями (контролерами) к статистическому анализу дефектности и статистическому регулированию технологических 
процессов сварки. Эти крайне актуальные задачи необходимо выполнять 
постоянно в условиях производственного контроля.
Тематика обучения контролеров качества сварочных работ по анализу дефектов и управлению (регулированию) процессами подготовки, 
сборки и сварки должна отражаться в типовых учебных программах и при 
обучении учащихся учреждений профессионально-технического и среднего специального образования по специальности «Технология и оборудование сварочного производства».
Обучение контролеров качества сварки должно быть в первую очередь 
направлено на изучение методов и способов обеспечения качества сварочных работ, сварных соединений и сварных конструкций. Позиция 
контроля: «соединение годно или негодно» – устарела и не позволяет 
двигаться к совершенствованию технологии и повышению качества. 
Сегодня требуется обязательный анализ дефектности с выводами о причинах образования дефектности, как допускаемой по нормативам, так 
и забракованной. Это позволяет разрабатывать системы и способы предупреждения дефектов и несовершенств соединения, снижать объемы 
переделок, сокращать техногенные аварии, развивать и совершенствовать 
производство.

ГЛАВА 1. КратКие сведения 
О сварКе металлОв

… Только в силе воли заключается условие наших 
успехов на избранном поприще.

В.Г. Белинский

1.1. сущность процессов сварки

Сварка – это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между соединяемыми элементами при их нагревании и/или пластическом деформировании. Все виды 
сварки принято разделять на две группы – сварку плавлением и сварку 
давлением (рис. 1.1).
Для осуществления процесса сварки – соединения двух и более элементов изделий – необходимо соединяемые кромки элементов нагреть 
до расплавления или пластического состояния. Источниками нагрева 
и расплавления могут служить электрическая дуга, газокислородное 
пламя, сфокусированный пучок электронов или светового луча, выделение тепла при пропускании тока через границу соединяемых элементов, при трении и др.
Рассмотрим наиболее часто применяемый на практике источник 
нагревания и расплавления – электрическую сварочную дугу. По определению, дуга – это мощный длительный электрический разряд в смеси 
газов и пара между двумя электродами, к которым приложено напряжение источника питания.
Процесс горения сварочной дуги сопровождается выделением концентрированной тепловой и лучистой энергии, звуковых, магнитных 
и других эффектов. Различают дугу постоянного тока (рис. 1.2) и дугу 
переменного тока.
Как правило, дуга горит между стержневым электродом и соединяемыми деталями. В сварочной дуге выделяют анодную область, столб дуги 
и катодную область (рис. 1.2, 1.3). Электрод, соединенный с отрицательным полюсом (–), называется катодом, с положительным полюсом 
(+) – анодом. Для зажигания дуги необходимо замкнуть оба полюса. 
При этом за счет выделения тепла при прохождении тока через электрод 
и деталь межэлектродная область ионизируется, что приводит к возбуждению дуги. По мере испарения металла и образования столба дуги 
процесс горения стабилизируется, начинается процесс образования 
соединения.

В зависимости от материала электрода различают дуги с плавящимся и неплавящимся электродом. При использовании плавящегося электрода формирование сварного шва осуществляется за счет основного 
и электродного металлов. При сварке неплавящимся угольным или тугоплавким вольфрамовым электродом материал электродов не участвует в образовании шва.

Рис. 1.1. Наиболее распространенные виды сварки