Критерии качества сварных швов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

УДК 620.192.46

Е. В. Сотникова, Н. М. Цыганков Научный руководитель - В. В. Богданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ ШВОВ

Рассмотрены основные критерии качества сварных соединений. Определены дефекты, влияющие на качество сварного соединения.

Наличие тех или иных дефектов в сварных соединениях еще не определяет потерю работоспособности этих соединений. Опасность дефектов, наряду с влиянием собственных характеристик несплошностей (типы, виды, размеры и т. п.), зависит от большого числа конструктивных и эксплуатационных факторов [1].

При статической нагрузке и пластичном материале влияние величины непровара на потерю прочности примерно пропорционально относительной глубине этого непровара или его площади.

При малопластичном материале (рис. 1, кривые 3, 5), а также при динамической или вибрационной нагрузках (рис. 2) линейная пропорциональность между потерей работоспособности и величиной дефекта может нарушаться и сравнительно небольшие дефекты могут оказывать существенное влияние на прочность сварного шва.

Рис. 1. Влияние относительной глубины ДИ/б непровара корня шва на статическую прочность стыковых соединений без усиления: 1 - сталь Ст3; 2 - 12Х18Н9Т; 3 - 25ХГСА; 4 -30ХГСН2А; 5 - сплав Д16Т

30 %

Рис. 2. Влияние относительной величины ДИ/б дефектов на усталостную прочность стыковых сварных соединений малоуглеродистой стали: 1 - подрезы; 2 - поры; 3 - непровар корня шва; 4 - шлаки.

При малопластичном материале, а также при динамической или вибрационной нагрузках линейная пропорциональность между потерей работоспособности и величиной дефекта может нарушаться и сравнительно небольшие дефекты существенно влияют на прочность сварного соединения.

Дефекты включения (поры, шлаки) при их относительной суммарной площади в сечении шва до 5-10 % практически мало влияют на статическую прочность соединений. По отдельным видам соединений безопасная величина ослабления сечения стыкового шва дефектами при статической нагрузке может достигать 10, 20 и даже 30 %. Особенно это относится к пластичным сталям и сравнительно малонагруженным соединениям.

Если швы имеют концентраторы в виде резкого усиления или несовпадения кромок, то включения площадью 5^10 % сечения шва не оказывают влияния также и на усталостную прочность стыковых соединений. В то же время остаточные напряжения могут существенно повышать опасность дефектов-включений при усталостных нагрузках.

Для оценки опасности сварочных дефектов при дефектоскопии соединений целесообразно разделить дефекты-несплошности на две группы: объемные (тупые) и трещиноподобные (острые).

Объемные дефекты сравнительно безопасны в отношении потери работоспособности соединений. Эти дефекты (поры, шлаки, включения, непровары без надреза) можно нормировать по размерам или по площади ослабления ими сечения шва. Согласно терминологии ГОСТ 15467-79 такие дефекты следует относить к малозначительным или значительным.

Трещиноподобные дефекты весьма опасны для эксплуатации соединений. Эти дефекты (трещины, непровары и включения с надрезом), как правило, недопустимы. Согласно ГОСТ 15467-79 трещинопо-добные сварочные дефекты следует считать критическими.

Анализ влияния дефектов на работоспособность соединений показывает, что опасность дефектов зависит от их типа, определяемого геометрическими признаками, их вида, определяемого технологическими признаками, а также от внешних конструктивно-эксплуатационных факторов. Перечисленные признаки и факторы детерминированы, т. е. относятся к определенным дефектам, конкретным конструкциям и технологическим процессам. Эти детерминированные характеристики необходимы в первую очередь для приближенной оценки опасности дефектов в эксплуатационном аспекте или дефектологическом.

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

Эксплуатационный подход нельзя считать единственным при решении вопроса о нормах дефектности. Следует учитывать технологический, квалиметриче-ский и экономический аспекты. Последние связаны с оценкой уровня «засоренности» продукции дефектами, т. е. со статическими показателями дефектности. К ним относятся: - доля дефектных элементов М в МБ

партии Ы; Б = —— - доля брака в партии или доля

N

исправленных элементов МБ с недопустимыми дефектами: д = - суммарная площадь дефектов

Д8 в расчетном сечении 8р шва.

При установившемся стабильном технологическом процессе появление дефектов, как правило, можно считать случайными событиями, для которых справедливы определенные вероятностные модели-

распределения: Пуассона - для числа дефектов; экспонента или закон Вейбулла - для размеров дефектов и т. п. Причем средние для партии значения X и дисперсии с2 показателей д, Б, g обладают свойством устойчивости. Засоренность выборки - приемочное число С и выборочное среднее х - свойством устойчивости не обладают. Статистические показатели отражают уровень технологии и необходимы для управления качеством сварки.

Библиографическая ссылка

1. Контроль качества сварки / под ред. В. Н. Вол-ченко. М. : Машиностроение, 1975. 328 с.

© Сотникова Е. В., Цыганков Н. М., 2012

УДК 620.192.46

Е. В. Сотникова, Н. М. Цыганков Научный руководитель - В. В. Богданов Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

МЕТОДИКА УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ ШВОВ

Рассмотрены особенности ультразвукового контроля стыковых сварных соединений. Определены факторы, влияющие на достоверность контроля.

Сварные соединения являются самым массовым объектом ультразвукового контроля. Мобильность, безвредность для окружающих и персонала, высокая чувствительность к внутренним и поверхностным дефектам (в том числе плоскостным, т. е. трещинам и непроварам) - основные преимущества ультразвукового контроля сварных соединений перед другими неразрушающими методами. Вместе с тем сварное соединение - сложный для УЗ-контроля объект.

Практически все дефекты сварки плавлением удовлетворительно выявляются при УЗ-контроле, однако имеются которые плохо выявляемые дефекты. Один из примеров плохо выявляемого дефекта - сильно сжатый непровар в корне шва с хорошо подогнанными кромками. При застывании металла шва такой непровар очень сильно стягивается, металл кромок деформируется, и раскрытие непровара может быть меньше величины, начиная с которой ультразвук заметно проходит через воздушный зазор в стали. Плохо обнаруживаются ультразвуком неокисленные непровары (слипания), возникающие при сварке давлением.

Схема прозвучивания является основой любой методики контроля. Эффективность применения схемы прозвучивания к сварному соединению определяется: размером прозвучиваемой площади поперечного сечения сварного соединения, отнесенной к общей площади поперечного сечения сварного соединения, подлежащей прозвучиванию (полнотой прозвучива-ния); вероятностью обнаружения наиболее потенциально опасных дефектов (трещин, непроваров); вероятностью появления ложных сигналов от конструк-

тивных элементов соединения (неблагоприятная геометрия, конструктивные зазоры, наличие приварных элементов). Основной способ контроля стыковых сварных соединений - наклонным преобразователем, поперечной волной. Преобразователь перемещается по ровной поверхности основного металла.

Схема контроля стыкового сварного соединения, выполненного дуговой сваркой: В - валик; П - проплав