Контроль качества сварных и паяных соединений
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Общее машиностроение. Машиноведение
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Герасимова Лилия Петровна
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 380
Дополнительно
Вид издания:
Справочная литература
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-9729-1608-5
Артикул: 843197.01.99
Систематизированы и подробно описаны методы контроля свойств сварных и паяных соединений, проводимые в соответствии с государственными и международными стандартами. Рассмотрены дефекты в сварных соединениях конструкционных материалов и свариваемых металлах, причины их образования, методы надежной идентификации, предупреждения и устранения, влияние на свойства. Представлен обширный иллюстративный материал характерных структур и дефектов. Для инженерно-технических и научных работников предприятий всех отраслей промышленности, применяющих сварку, пайку и термическую резку металлов, а также для специалистов, занимающихся контролем качества сварных и паяных соединений. Может быть полезно студентам вузов машиностроительного профиля.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
УДК 621.791 ББК 34.441 Г37 Герасимова, Л. П. Г37 Контроль качества сварных и паяных соединений : справочник / Л. П. Герасимова. – Москва ; Вологда : Инфра- Инженерия, 2024. – 380 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-1608-5 Систематизированы и подробно описаны методы контроля свойств сварных и паяных соединений, проводимые в соответствии с государственными и международными стандартами. Рассмотрены дефекты в сварных соединениях конструкционных материалов и свариваемых металлах, причины их образования, методы надежной идентификации, предупреждения и устранения, влияние на свойства. Представлен обширный иллюстративный материал характерных структур и дефектов. Для инженерно-технических и научных работников предприятий всех отраслей промышленности, применяющих сварку, пайку и термическую резку металлов, а также для специалистов, занимающихся контролем качества сварных и паяных соединений. Может быть полезно студентам вузов машиностроительного профиля. УДК 621.791 ББК 34.441 ISBN 978-5-9729-1608-5 Герасимова Л. П., 2024 Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
Оглавление 3 ƽƲƺƯƱƺƴƼƷƴ Предисловие .......................................................................................................... 7 Глава 1. Контроль свойств сварных соединений ......................................... 9 1.1. Методы неразрушающего контроля ............................................................... 9 1.1.1. Общие положения ..................................................................................... 9 1.1.2. Радиационный контроль ........................................................................... 14 1.1.3. Акустический контроль ............................................................................ 18 1.1.4. Магнитный контроль ................................................................................ 19 1.1.5. Течеискание .............................................................................................. 21 1.1.6. Капиллярный контроль ............................................................................. 21 1.2. Методы механических испытаний .................................................................. 22 1.2.1. Общие положения ..................................................................................... 22 1.2.2. Правила отбора проб, заготовок и образцов ............................................. 24 1.2.3. Испытания при статических нагрузках .................................................... 26 1.2.4. Измерение твердости ................................................................................ 56 1.2.5. Испытания при ударных нагрузках .......................................................... 64 1.2.6. Испытания при циклических нагрузках ................................................... 70 1.3. Методы коррозионных испытаний ................................................................. 74 1.3.1. Виды и показатели коррозии .................................................................... 74 1.3.2. Испытания на коррозионное растрескивание ........................................... 76 1.3.3. Испытания на коррозионное расслаивание .............................................. 80 1.3.4. Испытания на межкристаллитную коррозию ........................................... 82 1.3.5. Испытания на питтинговую коррозию ..................................................... 84 1.3.6. Испытания на коррозионные потери в атмосферных условиях ............... 84 1.3.7. Электрохимические коррозионные испытания ........................................ 88 1.3.8. Металлографическое определение коррозионных поражений ................ 89 1.4. Методы технологических испытаний ............................................................. 90 1.4.1. Испытания на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением .............................................................................................. 91 1.4.2. Испытания на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке плавлением .............................................................................................. 91 1.4.3. Оценка влияния сварки плавлением на основной металл ........................ 92 1.4.4. Оценка хладостойкости сварных конструкций по реакции на ожог сварочной дугой....................................................................................................... 92 1.4.5. Испытания на релаксацию напряжений ................................................... 95 1.4.6. Определение коррозионных поражений металлографическим методом . 96 1.4.7. Определение содержания диффузионного водорода в наплавленном металле и металле шва при сварке ..................................................................... 96 Перечень ГОСТов, регламентирующих контроль качества сварных соединений ............................................................................................................... 96 Глава 2. Контроль свойств паяных соединений ........................................... 103 2.1. Общие положения ........................................................................................... 103
Контроль качества сварных и паяных соединений 4 2.2. Методы неразрушающего контроля ............................................................... 105 2.3. Методы механических испытаний .................................................................. 109 2.3.1. Испытания на растяжение и длительную прочность ............................... 109 2.3.2. Испытания на удар .................................................................................... 113 2.3.3. Испытания на изгиб .................................................................................. 116 2.3.4. Испытания на усталость паяных образцов из металлов в много- и малоцикловой упругой и упругопластической областях при растяжениисжатии, изгибе и кручении, при симметричных и асимметричных циклах напряжений .................................................................................................. 117 2.4. Методы технологических испытаний ............................................................. 119 Перечень ГОСТов, регламентирующих контроль качества паяных соединений ..................................................................................................................... 123 Глава 3. Дефекты в сварных соединениях ..................................................... 125 3.1. Классификация и обозначения........................................................................ 125 3.2. Трещины .......................................................................................................... 128 3.3. Поры ................................................................................................................ 151 3.4. Усадочные раковины ...................................................................................... 157 3.5. Непровар ......................................................................................................... 158 3.6. Несплавление .................................................................................................. 161 3.7. Слипание ......................................................................................................... 162 3.8. Неметаллические включения .......................................................................... 163 3.9. Металлические включения ............................................................................. 167 3.10. Флокены ........................................................................................................ 169 3.11. Подрез ........................................................................................................... 171 3.12. Наплыв .......................................................................................................... 172 3.13. Прожог........................................................................................................... 174 3.14. Кратер ............................................................................................................ 175 3.15. Перегрев металла .......................................................................................... 176 Глава 4. Основные дефекты в свариваемом металле, влияющие на качество сварных соединений .................................................................................... 179 4.1. Общие положения ........................................................................................... 179 4.2. Газовая раковина ............................................................................................. 179 4.3. Газовая пористость ......................................................................................... 181 4.4. Газовые пузыри (пузырьки) ............................................................................ 184 4.5. Усадочная раковина ........................................................................................ 189 4.6. Усадочная рыхлость ........................................................................................ 191 4.7. Неметаллические включения .......................................................................... 193 4.8. Точечная неоднородность ............................................................................... 197 4.9. Интерметаллидные (интерметаллические) включения .................................. 199 4.10. Инородные металлические включения (корольки) ...................................... 200 4.11. Трещины ........................................................................................................ 203 4.12. Волосовины ................................................................................................... 210 4.13. Скворечник .................................................................................................... 211 4.14. Надрывы ........................................................................................................ 213 4.15. Расслоения ..................................................................................................... 213 4.16. Закаты ............................................................................................................ 216 4.17. Флокены ........................................................................................................ 218 4.18. Плены ............................................................................................................ 221
Оглавление 5 4.19. Наслоения ...................................................................................................... 223 4.20. Крупнокристаллическая структура (разнозернистость) ............................... 224 4.21. Перегрев ........................................................................................................ 226 4.22. Пережог (зерногранично-окисленный излом) .............................................. 232 Глава 5. Исследование структуры (строения) и изломов (поверхностей разрушения) сварных и паяных соединений и соединяемых металлов ........ 235 5.1. Общие положения ........................................................................................... 235 5.2. Металлографические методы исследования структуры сварных и паяных соединений ............................................................................................................. 236 5.2.1. Изготовление шлифов ............................................................................... 236 5.2.2. Практические рекомендации по изготовлению шлифов из конструкционных материалов............................................................................................... 240 5.2.3. Практические рекомендации по изготовлению специальных шлифов .... 243 5.2.4. Выявление структуры сварных и паяных соединений ........................... 245 5.2.5. Характерные структуры свариваемых и паяемых конструкционных материалов .............................................................................................................. 258 5.3. Методы исследования поверхностей разрушения сварных и паяных соединений ...................................................................................................................... 274 5.3.1. Очистка поверхностей изломов и их консервация ................................... 274 5.3.2. Фотографирование изломов ...................................................................... 276 5.3.3. Оптические методы исследования строения изломов .............................. 282 5.3.4. Основные физические методы исследования структуры и поверхностей разрушения сварных соединений ............................................................... 293 5.3.5. Фрактографические способы определения критической температуры хрупкости (КТХ) стали ....................................................................................... 300 5.3.6. Оценка влияния включений на разрушение металлов ............................. 306 Глава 6. Применение метода температурной микроскопии для исследования сварных соединений ................................................................................ 308 6.1. Возможности и преимущества метода ........................................................... 308 6.2. Методики проведения исследований металлических материалов при термодеформационном воздействии .......................................................................... 309 6.3. Методические особенности исследования процессов деформирования и разрушения образцов ............................................................................................. 315 6.4. Сочетание метода температурной микроскопии с другими методами исследования структуры металлов............................................................................ 321 6.5. Особенности пластической деформации и разрушения сварных соединений.......................................................................................................................... 329 6.6. Примеры использования метода температурной микроскопии для исследования структурных особенностей и разрушения сварных соединений в условиях термодеформационного воздействия ............................................................ 334 6.6.1. Формирование зеренной структуры и внутризеренной неоднородности при образовании аустенита в околошовной зоне при нагреве .......................... 334 6.6.2. Моделирование термодеформационных циклов сварки .......................... 336 6.6.3. Формирование структурной неоднородности в сварных соединениях из стали 30ХНМ ...................................................................................................... 337 6.6.4. Возникновение трещин в сварных разнотолщинных стальных отливках 337
Контроль качества сварных и паяных соединений 6 Термины и определения ....................................................................................... 343 Библиографический список ................................................................................. 351 Приложения.......................................................................................................... 353 I. Перечень основных государственных стандартов, используемых в процессе производства сварных и паяных изделий и термической резки ........................... 353 II. Перечень основных международных стандартов (ИСО), рекомендуемых для использования в процессе производства сварных и паяных изделий и конструкций .................................................................................................................... 364 III. Характеристика основного оборудования для контроля качества сварных и паяных соединений ................................................................................................ 370
Оглавление 7 ƾƿƴƳƷǀƺƽƱƷƴ Сварка и пайка – прогрессивные методы получения неразъемных соединений в промышленности и строительстве. Основным материалом для сварки и пайки конструкций служит сталь. Кроме нее в больших объемах применяются также алюминиевые и титановые сплавы, никелевые, медные и тугоплавкие металлы. Главная задача в области сварки и пайки – обеспечение высокого качества соединений и недопущение в них дефектов. Система контроля сварных и паяных соединений обеспечивает требуемое качество и надежность соединений, позволяет определить степень пригодности этих соединений к эксплуатации. При разработке и осуществлении контроля качества сварных и паяных соединений следует руководствоваться требованиями, предъявляемыми к сварным и паяным соединениям (ТУ, НТД), но прежде всего государственными и международными стандартами. Вопросы качества приобретают особую актуальность в условиях дальнейшей интеграции России в единое мировое экономическое пространство. Сегодня для многих российских экспортно-ориентированных предприятий соответствие их металлопродукции требованиям российских и международных стандартов становится средством конкурентной борьбы с иностранными компаниями на внутреннем и международном рынках. Это вынуждает предприятия совершенствовать свои производственные технологии. Для контроля сварных и паяных соединений разработаны специальные методы и аппаратура. Контроль готовых сварных и паяных соединений в большинстве случаев должен осуществляться стандартными методами и средствами контроля. Главная задача контроля выявлять дефекты в сварных и паяных соединениях, способные вызвать преждевременное разрушение изделий, объяснить причины их появления, предложить способы их предупреждения и устранения. Причины повреждаемости деталей и сварных конструкций подразделяются на эксплуатационные, конструктивные, которые здесь не рассматриваются, и технологические. Технологические причины обусловлены низким качеством исходных металлических материалов, нарушениями технологии в процессе производства сварных и паяных соединений. Для установления технологических причин используются разрушающие и неразрушающие методы контроля. Разрушающими методами контроля выявляются структурная неоднородность и неоднородность механических свойств металла в различных участках сварных и паяных соединений, неразрушающими трещины, подрезы, неметаллические и металлические включения, непровары, поры и рыхлоты, трещины, несплавления и другие дефекты, которые могут приводить к преждевременному разрушению или выходу из строя сварных и паяных конструкций. Для выявления технологических причин, приводящих к возникновению дефектов в сварных и паяных конструкциях, используются механические, физические, металлографические, фрактографические и технологические методы контроля.
Контроль качества сварных и паяных соединений 8 Для выявления технологических причин, сокращающих срок эксплуатации изделий, проводят испытания, в том числе на коррозионную и эрозионную стойкость, позволяющие установить причины, способные вызывать преждевременное изменение размеров сварных и паяных конструкций. Контроль сварных и паяных соединений необходим для определения качества швов и предупреждения брака. При этом осуществляют три основных вида контроля: предварительный контроль, заключающийся в проверке марки и состава основного металла, качества электродной и присадочной проволоки, флюса, защитных газов, правильности сборки деталей под сварку, работоспособности сварочного оборудования и др.; контроль в процессе сварки или пайки, заключающийся в проверке исправности используемой аппаратуры и приспособлений, правильности режимов сварки, пайки и т.д.; контроль готовой детали или конструкции, включающий в себя наружный осмотр и обмер швов, определение неразрушающими методами контроля наличия дефектов, испытание свойств сварных и паяных образцов и, при необходимости, проведение металловедческих исследований. Первые два вида контроля широко освещены в специальной литературе и в данном справочнике изложены кратко. Третий вид контроля рассмотрен подробно. В него включены следующие виды контроля и исследований: методы неразрушающего физического контроля; испытания механических свойств; технологические испытания; коррозионные испытания; металловедческие исследования. С целью унификации определенных качеств сварных и паяных соединений большинство методов контроля их свойств, рассмотренных в справочнике, стандартизованы и должны проводиться в соответствии с ГОСТами (государственными стандартами) и ИСО (международными стандартами), указанными в Приложениях I и II. Автор считает своим долгом отметить внимание, проявленное к его работе докторами технических наук А.А. Ежовым и Ф.А. Хромченко. Автор благодарит кандидатов технических наук А.И. Савченко и А.М. Глаголеву за предоставленный ими иллюстративный материал, а также Д.Е. Голубкова и Н.И. Голубкову за участие в оформлении рукописи справочника.
Оглавление 9 ƲǚǏǑǏ ƹƽƼǁƿƽƺNjǀƱƽƸǀǁƱǀƱƯƿƼNJDŽǀƽƴƳƷƼƴƼƷƸ ƻƴǁƽƳNJƼƴƿƯƶƿǂLJƯǍLjƴƲƽƹƽƼǁƿƽƺǎ ƽưLjƷƴƾƽƺƽƵƴƼƷǎ Методы неразрушающего контроля играют особо важную роль при оценке качества сварных соединений. Такой контроль обычно проводится на самих изделиях. При этом оценивают физические свойства свариваемого металла, которые косвенно характеризуют его качество. Выявленные отклонения объясняюся наличием дефектов. Эффективность методов неразрушающего контроля определяется следующими основными факторами: чувствительностью – наименьшими размерами реального дефекта, выявляемого в сварных соединениях; экономичностью; безопасностью – степенью неблагоприятного воздействия на оператора. Методы неразрушающего контроля, используемые для оценки качества сварных соединений, приведены в ГОСТе 324279 (в соответствии с ГОСТом 1952174 и ИСО 2437–72). В ГОСТе 25997–83 установлены правила статистической оценки стабильности статистически управляемых технологических процессов сварки соединений из металлов и сплавов для изделий массового или серийного производства по результатам неразрушающего контроля. Термины, применяемые в стандарте, и их определения приводятся в соответствии с ГОСТами 1546779; 1589577; 1650481; 260184. Стандарт 2599783 устанавливает виды и методы контроля, выявляемые дефекты, чувствительность методов и области их применения (табл. 1). В этой таблице приводятся и другие действующие ГОСТы и ИСО на отдельные методы контроля. Ниже более подробно рассмотрены сведения о технических возможностях стандартизованных методов неразрушающего контроля, указанных в табл. 1 для сварных соединений. Нестандартизованные методы контроля должны применяться в соответствии с техническими условиями и инструкциями на данный вид продукции.
Контроль качества сварных и паяных соединений Стандарт на метод контроля и область применения метода (СОП) Не ограничивается ГОСТы 14782–86; 22727–88 ГОСТы 1844280; 2522280 ГОСТы 751282; 1835370; 2042682; 2403480; 2305578 ГОСТы 2110475; 2110575; 2445080; 25225-82, 3041596 Условные уровни чувствительности – по ГОСТ 2110475 Выявляет дефекты минимальных размеров при осмотре и измерении сварного соединения с использованием оптических (с увеличением до 10 крат) и измерительных приборов. Выявляет несплошности, отклонения размера и формы сварного соединения от заданных более чем на 0,1 мм, а также поверхностное окисление сварного соединения Зависит от характеристик контролируемого сварного соединения и средств контроля в пределах от 0,5 до 10 % контролируемой толщины металла Выявляет внутренние несплошности, расположенные на глубине до 10 мм от поверхности соединения, и разнонаправленные дефекты. Размер, количество и характер дефектов определяют в условных показателях по ГОСТ 1478286. Предельная чувствительность зависит от толщины сварного соединения, мм Чувствительность и достоверность метода зависят от качества подготовки поверхности соединения к контролю. Условные уровни чувствительности – по ГОСТ 1844280 ты (ВД) Чувствительность метода (ЧМ) Поверхностные дефекты Внутренние и поверхностные дефекты (несплошности), а также дефекты формы соединения Дефекты (несплошности), выходящие на поверхность Поверхностные и подповерхностные несплошности Внешний осмотр и измерение Таблица 1. Неразрушающие методы контроля качества сварных соединений (с учетом ГОСТа 3242 79) (ВК) Метод контроля (МК) Выявляемые дефекВид контроля 1 Технический осмотр 2 Радиационный Радиографический, радиоскопический, радиометрический 3 Акустический Ультразвуковой Внутренние и поверхностные дефекты (несплошности) 4 Капиллярный Цветной, люминесцентный, люминесцентно-цветной 5 Магнитный Магнитоферрозондовый Номер п/п
Глава 1. Контроль свойств сварных соединений 11 Контролируемая толщина не ограничивается Контролируемая толщина не ограничивается Способ накопления давле- ния – для определения суммарной степени утечек замкнутых конструкций; способ вакуумирования – для определения суммарной степени утечек замкнутых и открытых конструкций; способ щупа – для определения локальных течей в сварных соединениях крупногабаритных конструкций. Сварные соединения замкнутых конструкций, работающих под давлением: способ падения давления – для определения величины суммарных утечек; способ дифферен- ГОСТ 2110575 Контролируемая толщина не ограничивается Сварные стыковые соединения, выполненные дуговой газовой сваркой, конструкции из ферромагнитных материалов Условные уровни чувствительности – по ГОСТ 21105–75 От 1109 до 11014 мм3МПа/с Места течей в сварных соединениях, работающих под давлением, а также в замкнутых конструкциях при невозможности применения других методов течеискания. Выявляет внутренние несплошности толщиной от 2 до 7 % от толщины контролируемого металла. Контролируемая толщина не более 25 мм То же По способу накопления при атмосферном давлении – до 1106 мм3МПа/с; по способу вакуумирования – от 1107 до 1104 мм3МПа/с; по способу щупа – до 1105 мм3МПа/с циального манометра – для определения локальных утечек. 6 » Магнитопорошковый То же Выявляет внутренние несплошности, расположенные на глубине до 2 мм включительно. 7 » Магнитографический Поверхностные, подповерхностные и внутренние несплошности в ферромагнитных материалах 8 Течеискание Радиационный Сквозные дефекты 9 » Масс-спектрометрический 10 » Манометрический Сквозные дефекты По способу падения давления – от 1103 до 7103 мм3МПа/с; по способу дифференциального манометра – до 110–8 мм3МПа/с