Сварка, резка и пайка металлов

Лабораторные исследования образцов сварных соединений

Технические условия часто предусматривают вырезку образцов из сварных изделий и их лабораторные испытания,

Металлографические исследования образцов заключаются в изучении макро- и микроструктуры металла, а иногда и в исследовании структуры излома образца.

Образцы для металлографического исследования вырезаются из изделия таким образом, чтобы поверхность шлифа включала полное сечение сварного шва, зону влияния и не подверженный изменениям основной металл. Обработка вырезанных образцов, их шлифование, полирование и травление производятся обычными приёмами, применяемыми при металлографическом исследовании металлов.

Исследование макроструктуры позволяет выявить непровары , недостаточную или излишнюю глубину расплавления, поры, раковины, шлаковые включения и прослойки, трещины, ликвацию в наплавленном металле, крупнозернистость и дендритное строение металла. Травление сварного шва на макроструктуру должно отчётливо выявить отдельные слои наплавленного металла, переходную зону, неизменённый основной металл. В необходимых случаях с макрошлифа снимается отпечаток по Бауману. Во многих случаях полезно определение твёрдости основного, наплавленного металла и переходной зоны дюрометром.

Исследование микроструктуры сварного соединения производится под микроскопом. Для выявления микроструктуры применяются обычные реактивы и способы травления. В необходимых случаях микроструктура фотографируется. Исследование микроструктуры особенно важно при сварке специальных сталей, так как оно позволяет установить различные дефекты сварки: микропоры, микротрещины, микроскопические включения и прослойки, непровары , включения нитридов, окислов и других загрязнений, наличие видманштеттовой структуры, крупнозернистость , неравномерность величины зёрен, выпадение карбидов, выгорание отдельных элементов, наличие закалочных структур мартенсита и троастита , наличие отбеливания в чугунах и т. д.

Химический анализ. Помимо металлографического исследования, в необходимых случаях производится химический анализ металла сварного соединения. Химический анализ основного и электродного металлов производится обычными способами. Для определения химического состава наплавленного металла проба берётся или из металла шва или из специально производимой наплавки. Наплавка производится на пластине толщиной не менее 8 мм, высота наплавки должна быть не менее 15 мм, ширина 25 мм и длина не менее 120 мм. Проба берётся в глубину на 5 мм меньше высоты наплавки. При взятии пробы непосредственно из шва она берётся не ближе 15 мм от начала и конца шва, в пределах зоны наплавленного металла.

Границы зоны наплавленного металла определяются травлением на торцах образцов или в лунках двух засверловок шва. Для полного анализа углеродистой стали на С, Mn , Si , S и Р берётся не менее 30 г стружки. Для анализа спецсталей на легирующие элементы проба берётся в количестве не менее 50 г, а для определения содержания в металле азота и кислорода — не менее 60 г.

Химический анализ производится по правилам, указанным в стандартах на производство химического анализа данного вида металла.

Испытания сварных соединений на коррозию

Испытания сварных соединений на коррозию проводятся в соответствии с правилами приёмки. Образцы погружаются в соответствующую жидкость, обычно в водные растворы кислот и солей. При определённой температуре и по истечении испытательного срока коррозия сварного образца сравнивается с коррозией образца из основного металла, не подвергавшегося сварке. Оценка устойчивости против коррозии может производиться на основании внешнего осмотра образцов после испытания; иногда практикуется снятие профилограммы О поверхности образца после испытания. Определяется также изменение веса образца с пересчётом на потерю веса с единицы поверхности за единицу времени.

Механические испытания сварных образцов

Механические испытания сварных образцов можно разделить на статические и динамические. Порядок проведения испытаний предусмотрен ОСТ 7687. Испытание на растяжение при статической нагрузке проводится для определения относительной прочности стыкового сварного шва по сравнению с прочностью основного металла. В этом случае изготовляют плоские образцы (фиг. 198) без снятия усиления сварного шва.

Показателями прочности являются как предел прочности, отнесённый к сечению основного металла образца, так и место разрыва образца. При этом различают три случая: разрыв по наплавленному металлу, разрыв по зоне влияния и разрыв по основному металлу вне зоны влияния. Прочность металла сварного шва испытывается на образцах со снятым усилением шва. Форма образца, приведённого на фиг. 199, обеспечивает обязательный разрыв образца по месту сварки, независимо от прочности наплавленного металла,

Для определения прочности и вязкости наплавленного металла и металла шва применяются образцы Гагарина (фиг. 200, а и б).

Образец изготовляется целиком из наплавленного металла, для чего наплавка должна быть достаточных размеров. Для изготовления гагаринского образца из металла шва сечение последнего

Изгиб ведётся на прессе в специальных приспособлениях с керном (фиг. 201,6). Раскрытие шва должно быть обращено к выпуклой стороне образца при загибе, который ведётся до появления в процессе испытания ясно видимой трещины по всей ширине образца. Мелкие трещины и надрывы по углам образца не принимаются в расчёт. При испытании особое внимание нужно обращать на участие наплавленного металла в изгибе образца.

На фиг. 202 показаны образцы, загнутые правильно и неправильно, из которых последний не даёт возможности судить о действительной величине угла загиба. Измерение угла загиба показано на той же фигуре. Данные об угле загиба, приводимые в стандартах или технических условиях, без особых оговорок, обычно относятся к толщине образца около 10 мм. Уменьшение толщины увеличивает, а увеличение её уменьшает угол загиба; норм для разных толщин не установлено. Сравнимы результаты изгиба образцов лишь приблизительно одинаковой толщины.

К динамическим испытаниям сварных образцов относятся испытания на удар и на усталость. Испытание на удар может определять ударную вязкость наплавленного металла (например, для оценки электродов), металла шва, металла зоны влияния.

Для определения ударной вязкости разбивают на маятниковом копре образец с надрезом. Ударная вязкость определяется работой разрушения образца, отнесённой к площади поперечного сечения образца, и выражается в кем/см2. Нормальная форма образцов для определения ударной вязкости показана на фиг. 203.

Для испытания сварных образцов на усталость ещё не выработано общепринятой методики и формы образцов.

Физические методы контроля сварных соединений

Под физическими методами контроля подразумеваются способы определения качества металла или сварного соединения по изменению каких-либо физических свойств, например проницаемости для коротковолновых электромагнитных излучений, звуковых колебаний, магнитной проницаемости, электропроводности и т. д. Физические методы контроля могут применяться не только для образцов сварки, но и для целых сварных изделий. Физические методы позволяют проверить качество сварного шва на всём его протяжении без повреждения изделия. Физические методы находятся в настоящее время в стадии разработки и промышленного освоения. Весьма вероятно значительное развитие применения этих методов для контроля качества сварки в ближайшем будущем.

Выдающиеся работы по усовершенствованию физических методов контроля сварных соединений провёл С. Т. Назаров. В результате этих работ многие методы уже вышли за пределы лабораторных исследований и прочно вошли в повседневную практику заводов.