книги / Ультразвуковой контроль сварных соединений

обнаружению трещиноподобных дефектов, более высокой опера­ тивностью (15...20 раз) и производительностью (2...4 раза), меньшей стоимостью (2...6 раз) и безопасностью в работе по сравнению с традиционными методами радиографического кон­ троля.

Главы 3 (п. 3.4), 4, 5, 6, 7 (пп. 7.1, 7.3, 7.7, 7.8), 8 написаны д-ром техн. наук, проф. В.Г. Щербинеким.

Главы 1, 2, 3 (пп. 3.1,3.2, 3.3 и 3.5), 7 (пп. 7.2, 7.4, 7.5 и 7.6) и 9 написаны д-ром техн. наук, проф. Н.П. Алешиным при участии канд. техн. наук В.Д. Князева (п. 2.4), канд. техн. наук С.П. Горной (п. 7.5) и канд. техн. наук Н.П. Бирюковой (п. 9.2).

Г Л А В А 1

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ СВАРНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИХ ДЕФЕКТОСКОПИЧНОСТЬ

Основные виды сварных строительных конструкций. Металлические и железобетонные конструкции применяют при изготовлении различных сооружений. Среди всего многообразия различных видов сварных строительных конструкций наиболее распространенными металлоемкими металлическими конструк­ циями являются трубопроводы различного типоразмера и назна­ чения, резервуары, газгольдеры, кожухи доменных печей и др., а железобетонными - арматурные стержни и закладные детали.

Трубопроводы диаметром 28... 1420 мм с толщиной стенки

3...30 мм широко применяют в строительной индустрии, энерго­ машиностроении, судостроении, химическом машиностроении и др. Они предназначены для транспортировки нефти, газа, жидко­ стей, кислот, воды, пара и т.д. Для их изготовления в зависимости от назначения применяют: углеродистые качественные стали СтЮ и Ст20; низколегированные конструкционные стали марок 10ГС2 и 16ГС; аустенитные коррозионно-стойкие стали марок Х18Н9Т и Х18Н10Т; жаропрочные и жаростойкие высокохроми­ стые стали марок 12X12 и 12X1МФ и др. Стыки труб сваривают чаще всего ручной дуговой сваркой в среде С 02 под флюсом, аргонодуговой и реже порошковой проволокой.

Основным методом контроля этих изделий пока остается ра­ диографический. Это связано с тем, что при ультразвуковой дефек­ тоскопии (УЗД) совмещенными пьезоэлектрическими преобразова­ телями (ПЭП) возможны ложные помехи, снижающие достовер­ ность контроля и затрудняющие окончательную оценку качества.

Кожухи доменных пеней чаще всего изготовляют из низколе­

гированных сталей толщиной до 150 мм сваркой под флюсом или электрошлаковой. В соответствии со СНиП II1-18 - 75 сварные

швы подвергают 100%-ной ультразвуковой дефектоскопии с 1,5...3 %-ным дублированием просвечиванием.

Для хранения криогенных жидкостей, ядовитых веществ и га­ зов используют резервуары, газгольдеры и другие емкости. При

изготовлении таких сосудов применяют стали аустенитного клас­ са типа 18-8 толщиной 6...20 мм, продольные и кольцевые швы которых выполняют автоматической сваркой под флюсом. Суще­ ствующими техническими условиями на их изготовление преду­ смотрено, что швы должны быть подвергнуты 100 % -му рентге­ новскому контролю. Допускается применение УЗ-контроля, од­ нако до последнего времени его практически не использовали вследствие низкой достоверности результатов.

С точки зрения возможностей УЗД значительный интерес представляют конструкции, изготовляемые из сталей того же класса, но большей толщины (20...80 мм). Подобные конструкции применяют в энергомашиностроении, судостроении и других отраслях, контроль которых также осуществляют радиографией. Невозможность использования УЗД для окончательной оценки этих конструкций, как уже отмечалось, вызвана большим числом помех, порождаемых крупнозернистой структурой шва.

Примерно половина всего используемого в строительной ин­ дустрии проката расходуется на изготовление железобетонных конструкций, применяемых при сооружении зданий промышлен­ ного и гражданского назначения. Основными сварными элемен­ тами таких конструкций являются закладные детали и стыки арматуры. В общем случае закладная деталь представляет собой

плоскую пластину, к которой втавр или внахлестку приварен стержень периодического профиля. Чаще всего применяют тав­ ровые соединения закладных деталей, выполненные сваркой под флюсом. Пластины изготовляют из сталей марок СтЗ или Ст5 толщиной 6...30 мм, а материалом стержней служит сталь марки 35ГС или Ст5. Число стержней в одной закладной детали может быть от 2 до 12 с диаметром 8...40 мм.

Одним из наиболее ответственных элементов при сооруже­ нии железобетонных конструкций являются сварные стыковые соединения стержней арматуры периодического профиля диа­

метром 20...70 мм, изготовляемые из сталей марок 35ГС или Ст5. Обычно для выполнения таких соединений применяют ванную сварку в инвентарных формах, ванно-шовную сварку на стальной остающейся скобе и др. Как и закладные детали, стыки арматуры при работе испытывают в основном статические нагрузки. До недавнего времени единственным методом контроля этих соеди­ нений был выборочный разрушающий контроль.

Дефекты сварки и их влияние на прочность сварных со­ единений. При сварке плавлением в сварных швах могут образо­ вываться дефекты различного вида. По правилам контроля и тех­ ническим условиям на прием готовой продукции оценку качества сварного соединения производят по внешнему осмотру и резуль­ татам физических методов контроля. Внешним осмотром опреде­ ляют наружные дефекты, а физическими методами контроля - внутренние и невидимые поверхностные и подповерхностные дефекты. С этой точки зрения, образующиеся при сварке дефекты целесообразно разделить на наружные и внутренние. В предла­ гаемой книге рассмотрены внутренние дефекты, которые подле­ жат выявлению ультразвуком.

Выявляемость внутренних дефектов зависит от их величины, конфигурации отражающей поверхности, ориентации и местопо­ ложения в шве.

Поэтому разработке достоверной методики неразрушающего контроля и оптимизации ее параметров должен предшествовать статистический анализ упомянутых характеристик.

При этом необходимо учитывать различную потенциальную опасность дефекта как концентратора внутренних напряжений, создаваемых внешними силами в дефектном сечении тела. То есть при разработке средств и технологии контроля особое внимание должно быть обращено на выявление наиболее опасных плоскост­ ных дефектов типа трещин и непроваров (несплавлений).

В настоящее время в различных отраслях промышленности и строительстве накоплен громадный статистический материал по дефектности сварных соединений. Наиболее характерные примеры статистического анализа, полученные авторами и В.Т. Власовым, приведены ниже (рис. 1.1).

N - о б щ е е ч и с л о п р о к о н т о л и р о в а н н ы х у ч а с т к о в ,

q - УРОВЕНЬ ДЕФЕКТНОСТИ, х - СРЕДНИЙ РАЗМЕР ДЕФЕКТА, ММ

Рнс. 1.1. Статистика видов встречающихся дефектов

Как следует из приведенной на рис. 1.1 и в табл. 1.1 стати­ стики, основными дефектами в большинстве объектов являются объемные (компактные) дефекты типа шлаковых включений, свищей и пор (60...90 %). Статистика наиболее опасных дефектов - трещин мала. Однако необходимость обнаружения именно этих дефектов требует создания и применения более сложных и доро­ гих средств контроля, что, конечно, оправдано при оценке каче­ ства и ресурса дорогостоящих изделий и сооружений.