Механические испытания сварных соединений сосудов

Не важно, с применением какой технологии был создан сварной шов. Он в любом случае будет обладать характерными свойствами, которые присущи всем сварным соединениям. Среди таких свойств прочность, твердость, пластичность и ударная вязкость. И от качества проведенных работ во многом зависит, насколько перечисленные выше свойства соответствуют нормам.

Но как определить, насколько высока прочность или пластичность шва? Для этого применяются разрушающие методы контроля качества швов. Они также называются просто механические испытания сварных соединений. В ходе этих испытаний швы подвергаются механической нагрузке, из-за чего могут деформироваться. Поэтому такой метод контроля называется разрушающим, ведь он влияет на прочность сварных соединений. В этой статье мы подробно расскажем, что такое механические испытания сварных соединений, какие есть достоинства и недостатки у такого метода контроля.

Общая информация

Итак, механические испытания сварных соединений — это комплекс различных механических операций, направленных на определение механических свойств шва. Как мы писали выше, данный метод контроля качества называется разрушающим, а потому применяется лишь при крупносерийном производстве. Ведь серийные изделия производятся по одному и тому же принципу, поэтому по одному образцу можно в целом судить о качестве партии.

Сейчас для разрушающего механического контроля применяются специальные агрегаты. Они не только испытывают швы на прочность, но и фиксируют полученный результат. Это существенно упрощает и ускоряет работу. Обычно проводят анализ только одной детали из всей партии, но для более точного результата можно подвергнуть испытаниям несколько деталей.

Механические испытания сварных соединений регулируются отдельным нормативным документом, это ГОСТ 6996-66. Также изучите документ РД 26-11-08-86., он дополнительно регулирует механические испытания. Мы в целом рекомендуем всем новичкам изучать нормативные документы, поскольку в них довольно подробно и точно расписано, как и при каких условиях нужно проводить разрушающий контроль швов. Именно из нормативных документов вы узнаете всю актуальную информацию, а никак из статей в интернете. Так что не поленитесь и прочтите два этих небольших документа.

Преимущества и недостатки

Механические испытания сварных соединений имеют свои плюсы о минусы. Их, в целом, немного, но мы все же расскажем, чтобы вы четко понимали, в каких ситуациях не стоит использовать такой метод контроля качества.

Итак, главный плюс — это возможность получения информации о всех механических свойствах шва. Вы гарантировано узнаете, насколько шов прочный и пластичный, какова его ударная вязкость и твердость. К тому же, это относительно недорогой способ контроля качества. Но только при условии, что используются бюджетные агрегаты для контроля, а не технически сложные приборы с множеством функций.

Читайте также: Все о контроле качества сварных соединений 

Еще один неочевидный плюс — нет нужды в отдельном контролере с профильным образованием. Можно просто делегировать обязанности сварщику. И обучение не займет много времени.

Теперь о недостатках. Самый главный недостаток — узкое применение такого метода контроля. Контролируемые детали зачастую не выдерживают механических испытаний и разрушаются. И если потеря в одну деталь несущественна при выпуске большой партии, то при изготовлении малых тиражей каждая деталь на вес золота.

Исследуемые свойства

У каждого металла есть свои физические свойства, исследовав которые можно понять, насколько деталь противостоит деформации. Проще говоря, насколько она будет долговечной. Чтобы это узнать деталь нужно подвергнуть той самой механической деформации. При этом главная задача — узнать максимальные возможности детали. Поэтому ее подвергают сильным нагрузкам до тех пор, пока она не разрушится.

Выше мы уже перечисляли свойства, которые можно определить методом механического разрушающего контроля. Это пластичность, твердость сварных швов, их прочность и ударная вязкость. Но далее мы расскажем подробнее, что кроется за каждым из этих терминов.

Итак, пластичность — это показатель металла, благодаря которому можно понять, насколько деталь подвержена изменению формы. Чтобы узнать показатель пластичности деталь подвергается механическому удлинению.

Далее твердость. Твердость металла — это показатель, благодаря которому мы можем узнать, насколько деталь противостоит проникновению в ее структуру другого предмета. Существует множество способов определения твердости (метод Бринеля, метод Роквелла, метод Виккерса и так далее). Всех их объединяет одно — в испытуемую деталь подается какой-нибудь предмет (стальной шарик, алмазный конус, алмазная пирамида) и фиксируется, насколько деталь сопротивляется этому механическому воздействию. В этом материале мы не будем подробно рассказывать о каждом методе проверки на твердость, поскольку их больше десятка и это тема для отдельной статьи.

Также испытывается прочность металла. Прочность и твердость во многом похожи, но не стоит их путать. Прочностью называют способность детали противостоять различным нагрузкам, в том числе растяжению. Детали помещают в специальный аппарат, который растягивает их в разные стороны. Такое испытание на прочность вполне эффективно. Но для большей эффективности детали могут дополнительно нагревать в ходе испытания. Для этих целей используется муфельная печь, встроенная в испытательную машину. С помощью печи можно заодно узнать и теплостойкость заготовки. Рекомендуется нагревать деталь не менее получаса, только результаты будут более достоверными.

Не забывайте и про ударную вязкость. Ударная вязкость — это способность металла к сопротивлению ударным нагрузкам. Деталь могут в прямом смысле испытывать с помощью механических ударов, пока не узнают ее предел. Самый распространенный способ проверки на ударную вязкость — это использование маятника, на конце которого расположено грузило. Маятник поднимают и затем опускают, в ходе падения он набирает определенную скорость и с силой бьет деталь.

Особенности

Как вы понимаете, такие физические методы контроля сварных швов наверняка приведут к разрушению детали. А разрушающий метод контроля сварных соединений не всегда приветствуется. Если у вас есть возможность произвести контроль, используя неразрушающие методы, то лучше выберите такой вариант. И не забывайте, что во время контроля нужно зафиксировать температуру воздуха в контрольной комнате, данные самой детали и все типы нагрузок, которым вы подвергаете металл.

Еще обращаем ваше внимание, что механические испытания сварных соединений должны проводиться исходя из начального состояния детали. Это очень важный нюанс, о котором не знают многие новички. Согласитесь, если деталь с многочисленными внешними дефектами подвергнуть тем же механическим нагрузкам, что и детали без дефектов, то первые образцы явно покажут себя не с лучшей стороны.

Чтобы избежать таких проблем нужно проводить простейший визуальный контроль качества. Сварщик с помощью своих глаз и пары простых инструментов (вроде лупы) может обнаружить все видимые дефекты, которые в последствии могут повлиять на результаты механического контроля. Так что не поленитесь и внимательно осмотрите деталь перед тем, как выполнять механический разрушающий контроль.

Мы также рекомендуем выбирать не одну, а несколько деталей из всей партии для проведения контроля. Наверняка все полученные результаты будут отличаться, но вы сможете составить некий усредненный результат и предоставить более точные данные касаемо целой партии изделий. Такой вариант контроля всегда предпочтительнее, чем исследование одной заготовки из огромной партии. Нужно понимать, что на производстве всегда есть человеческий фактор, даже если используются одни и те же сварочные аппараты с одними и теми же режимами работы. И взяв на контроль только одну деталь вы рискуете нарваться на брак или наоборот его не заметить среди большого количества выпускаемой продукции.

Вместо заключения

Если данный метод контроля кажется вам слишком сложным, то спешим вас разубедить. Существуют, например, металлографические исследования сварных соединений, когда досконально изучается структура шва с помощью микроскопа. И, поверьте, это куда сложнее, чем просто подвергнуть деталь механическим нагрузкам.

Да, механические испытания — это не лучший метод контроля качества, если производство не крупносерийное. Но он достаточно эффективный, если завод выпускает продукцию большими партиями. Можно подвергнуть контролю только одно изделие из всей партии и получить более-менее объективную картинку касаемо всех остальных изделий. А вы когда-нибудь проводили механические испытания сварных соединений? Расскажите об этом в комментариях ниже. Желаем удачи!

4-6-1. Завод-изготовитель, а также монтажные и ремонтные организации,
производящие сварку сосудов и их элементов, обязаны осуществлять
контроль сварных соединений, обеспечивающий их высокое качество и
эксплуатационную надежность. При этом объем контроля должен быть не
менее предусмотренного настоящими Правилами.

4-6-2. Все сварные соединения с толщиной стенки 6 мм и более подлежат
обязательному клеймению или иному условному обозначению, позволяющему
установить фамилию сварщика, выполнявшего сварку.

4-6-3. Система клеймения (обозначения) устанавливается производственной
инструкцией по сварке и контролю сварных соединений, она должна
предусматривать одинаковое клеймение сварных соединений изделия и
относящихся к ним контрольных сварных соединений (пластин, стыков и
др.).

4-6-4. Контроль качества сварных соединений сосудов и их элементов
должен производиться:

а) внешним осмотром и измерением;

б) ультразвуковой дефектоскопией, просвечиванием рентгеновскими или
гамма-лучами или этими методами в сочетании;

в) механическим испытанием;

г) металлографическим исследованием;

д) гидравлическим испытанием;

е) другими методами (стилоскопированием, замерами твердости, травлением,
цветной дефектоскопией и т. д.), если они предумострены техническими
условиями на изготовление данного изделия.

* 4-6-5. При сварке сосудов и их элементов из сталей аустенитного класса
должно производиться испытание сварных соединений на межкристаллитную
коррозию в соответствии с ГОСТ 6038—58*. Необходимость проведения такого
испытания определяется проектом или техническими условиями на
изготовление.

4-6-6. Контроль качества сварных соединений должен производиться после
термической обработки изделия, если последняя является обязательной.

4-6-7. Результаты контроля сварных соединений должны быть зафиксированы
в соответствующих документах (журналах, картах, формулярах и др.).
 

4-6*8. Внешнему осмотру и измерениям подлежат все сварные соединения с
целью выявления в них:

а) трещин всех видов и направлений;

б) наплывов, подрезов, прожогов, незаваренных кратеров, непроваров,
пористости и других технологических дефектов;

в) излома осей соединяемых элементов;

г) смещения кромок соединяемых элементов;

д) отступлений от геометрии швов, предусмотренной чертежами (по высоте,
катету и ширине шва, по равномерности усиления и т. д.).

4-6-9. Перед внешним осмотром поверхность сварного шва и прилегающих к
нему участков основного металла шириной не менее 20 мм в обе стороны от
шва должна быть зачищена от шлака и других загрязнений.

4-6-10. Осмотр и измерения сварных соединений должны производиться с
двух сторон по всей протяженности швов в соответствии с требованиями
ГОСТ 3242—69 и ведомственных инструкций по сварке и контролю сварных
соединений. В случае невозможности осмотра внутренней поверхности
сварного соединения его осмотр следует производить только с наружной
стороны.

Ультразвуковая дефектоскопия и просвечивание
сварных соединений

4-6-11. Ультразвуковая дефектоскопия и просвечивание рентгеновскими или
гамма-лучами производятся с целью выявления в сварных соединениях
внутренних дефектов (трещин, непроваров, пор, шлаковых включений и др.).

4-6-12. Ультразвуковой контроль сварных соединений должен производиться
в соответствии с ГОСТ 14782—69 и инструкций по ультразвуковому контроля
сварных соединений, утвержденной министерством.

4-6-13. Контроль сварных соединений просвечиванием должен производиться
в соответствии с требованиями ГОСТ 7512—68 и производственных инструкций
по рентгено-гаммаграфированию.

4-6-14. Метод контроля (ультразвуковая дефектоскопия, просвечивание, оба
метода в сочетании) выбирается исходя из возможности обеспечения более
полного и точного выявления недопустимых дефектов с учетом особенностей
физических свойств металла, а также освоенности данного метода контроля
для конкретного вида сварных соединений.

*4-6-15. Объем контроля ультразвуковой дефектоскопией или просвечиванием
сварных соединений сосудов и их элементов должен быть не менее
указанного в табл. 4-6-15.

Места сопряжений (пересечений) сварных соединений подлежат обязательному
контролю просвечиванием или ультразвуковой дефектоскопией. При вварке
штуцеров и труб внутренним диаметром менее 100 мм проведение контроля
угловых и тавровых сварных соединений ультразвуком или просвечиванием не
обязательно.

4-6-16. Места ультразвукового контроля и просвечивания устанавливаются
ОТК завода-изготовителя.

4-6-17. Перед просвечиванием соответствующего участка сварные соединения
должны быть так замаркированы, чтобы их можно

было легко обнаружить на картах контроля и рентгено-
или гамма снимках.

4-6-18. Предусмотренный настоящими Правилами объем ультразвуковой
дефектоскойии и просвечивании сварных соединений может быть уменьшен по
согласованию с местными органами госгортехнадзора в случае массового
изготовления предприятием однотипных изделий при неизменном
технологическом процессе, специализации сварщиков на отдельных видах
работ и высоком качестве сварных соединений, подтвержденном результатами
контроля за период не менее одного года.

При монтаже и ремонте указанный объем контроля может быть уменьшен в
следующих случаях:

а) при невозможности осуществления контроля в полном объеме вследствие
недоступности отдельных сварных соединений (из числа подлежащих
100%-ному контролю);

б) при недоступности выполнения контроля просвечиванием по условиям
техники безопасности.

4-6-19. При выявлении недопустимых дефектов в сварных соединениях,
подвергаемых ультразвуковой дефектоскопии или просвечиванию в объеме
менее 100%, обязательному контролю тем же методом подлежат все
однотипные стыковые швы1 этого изделия, выполненные данным сварщиком, по
всей длине соединения (за исключением недоступных участков на отдельных
стыках).

Механическое испытание и металлографическое
исследование

4-6-21. Механическим испытанием должны подвергаться стыковые сварные
соединения с целью проверки соответствия их прочности и пластических
характеристик требованиям настоящих Правил и технических условий на
изготовление изделия.

Обязательные виды механических испытаний:

а) на статическое растяжение;

б) на статический изгиб или сплющивание;

в) на ударную вязкость.

Испытание на статическое растяжение не является обязательным для
кольцевых сварных соединений сосудов цилиндрической формы и для труб при
условии 100%-нога контроля этих соединений ультразвуковой дефектоскопией
или просвечиванием.

Испытание на ударную вязкость сварных соединений должно производиться
при сварке сосудов и их элементов с толщиной стенки 12 мм и более в
случаях, если:

а) сосуды предназначены для работы под давлением выше 50 кгс/см2;

б) рабочая температура стенки превышает +450° С.

в) рабочая температура стенки ниже указанной минусовой температуры в
Приложении 3.

Испытание на ударную- вязкость по пунктам’«а» и «б» должно производиться
в соответствии с ГОСТ 6996—66 или техническими условиями, а по п. «в» —
на таких же образцах при рабочих температурах.

4-6-22. Металлографическому исследованию должны подвергаться стыковые,
тавровые и угловые сварные соединения сосудов и их элементов, работающих
при температуре стенки свыше 4-450° С, и независимо от температуры
стенки при давлении свыше 50 кгс/см2, а также сосудов, изготовляемых из
легированной стали, воспринимающей закалку на воздухе или склонной к
образованию межкристаллитных трещин. Этот вид исследования обязателен,
если он предусмотрен техническими условиями.

4-6-23. Проверку механических свойств и металлографическое исследование
сварных соединений производить на образцах, изготовленных из контрольных
сварных соединений (пластин, стыков И др.).

Контрольные сварные соединения должны быть идентичны контролируемым
производственным сварным соединениям по марке стали, толщине листа или
размерам труб, форме разделки кромок, методу сварки, сварочным
материалам, положению, режимам и температуре подогрева при сварке,
выполненной в один и тот же период времени.

4-6-24. Из каждого контрольного стыкового сварного соединения должны
быть вырезаны:

а) два образца для испытания на статическое растяжение;

б) два образца для испытания на статический изгиб или сплющивание;
 

в) три образца для испытания на ударную вязкость;

г) образцы (шлифы) для металлографического исследования в количестве не
менее одного, а при контроле сварочных соединений элементов из
высоколегированной стали — не менее двух.

в количестве не менее одного, а при контроле сварных соединений образцы
(шлифы) вырезаются только для металлографического исследования.

4-6-26. Механические испытания на статический изгиб контрольных стыков
трубчатых элементов сосудов с условным проходом труб менее 100 мм и
толщиной стенки менее 12 мм могут быть заменены испытанием на
сплющивание.

4-6-27. При сварке контрольных пластин, предназначенных для проверки
механических свойств, а также для металлографического исследования
пластины следует прихватывать к свариваемым элементам так, чтобы шов
контрольной пластины являлся продолжением шва свариваемого изделия.

Сварка контрольных пластин для проверки соединений элементов сосудов, к
которым прихватка пластин невозможна, может производиться отдельно от
изделия, но с обязательным соблюдением всех условий сварки
контролируемых стыковых соединений.

4-6-28. При автоматической сварке сосудов на каждое изделие должна
свариваться одна контрольная пластина. При ручной сварке сосудов
несколькими сварщиками каждым из них должна быть сварена одна
контрольная пластина на каждое изделие.

В случае, когда в течение рабочей смены на автоматической сварочной
машине сваривается несколько однотипных сосудов, разрешается на каждый
вид сварки варить по одной контрольной пластине в начале и конце смены
на всю партию сосудов, сваренных в данной смене.

4-6-29. При серийном изготовлении однотипных сосудов из листового
материала в случае 100%-ного контроля стыковых сварных соединений
ультразвуковой дефектоскопией или просвечиванием допускается на каждый
вид сварки варить по одной контрольной пластине на всю партию сосудов.
При этом в одну партию могут быть объединены сосуды одного вида из
листового материала одной марки, имеющие одинаковую форму разделки
кромок, выполненные по единому технологическому процессу и подлежащие
термообработке по одному режиму, если цикл изготовления всех изделий по
сборочно-сварочным работам, термообработке и контрольным операциям не
превышает 3 месяцев.

4-6-30. Для контроля качества сварных соединений в трубчатых элементах
со Стыковыми швами одновременно со сваркой последних должны
изготовляться в тех же производственных условиях контрольные стыки для
проведения испытаний механических свойств соединений.

Число контрольных стыков должно составлять 1% от общего числа сваренных
каждым сварщиком однотипных стыков, но не менее одного стыка на каждого
сварщика.

4-6-31. Сварка контрольных соединений во всех случаях должна
осуществляться сварщиками, выполнявшими контролируемые сварные
соединения на изделиях.

4-6-32. Контрольные сварные соединения (пластины, стыки, тавровые и
угловые соединения) должны подвергаться внешнему осмотру,
ультразвуковому контролю или просвечиванию по всей длине.

Если в контрольном сварном соединении будут обнаружены

недопустимые дефекты, все производственные сварные
соединения, контролируемые данным соединением и не подвергнутые
дефектоскопии ультразвуком или просвечиванию, подлежат проверке тем же
методом неразрушающего контроля по всей длине, за исключением мест,
недоступных для контроля.

4-6-33. Размеры контрольных пластин должны быть достаточными для вырезки
из них необходимого числа образцов для всех предусмотренных видов
механических испытаний и металлографического исследования, а также для
повторных испытаний.

4-6-34. Механические испытания сварных соединений должны выполняться в
соответствии с требованиями ГОСТ 6996—66 или производственных инструкций
по сварке и контролю сварных соединений, действующих в данной отрасли
промышленности.

4-6-35. При испытании контрольных сварных соединений на статическое
растяжение временное сопротивление разрыву должно быть не менее
минимально допустимого предела для основного металла по ГОСТ или
техническим условиям на соответствующие полуфабрикаты.

4-6-36. При испытании стальных сварных соединений на статический изгиб
полученные показатели должны быть не ниже приведенных в табл. 4-6-36.

При изготовлении сосудов из других материалов
показатели угла устанавливаются техническими условиями.

4-6-37. Испытание сварных соединений на ударную вязкость производится на
образцах с надрезом по оси шва со стороны его раскрытия, если место
надреза специально не оговорено техническими условиями на изготовление
изделия или инструкцией по сварке контролю сварных соединений.

4-6-38. При испытании сварных соединений труб на
сплющивание показатели испытаний должны быть не ниже соответствующих
минимально допустимых показателей, установленных ГОСТ или техническими
условиями для труб того же сортамента и из того же материала.

При испытании на сплющивание образцов из труб с продольным сварным швом
последний должен находиться в плоскости, перпендикулярной к направлению
сближения стенок.

4-6-39. Показатели мех?