Контроль сварных швов: методы, требования и документация

Введение

Значение

Контроль сварных швов - это ключевой этап в обеспечении надежности и безопасности металлоконструкций. Он позволяет выявить дефекты, которые могут привести к серьезным последствиям при эксплуатации объекта. Своевременное обнаружение и устранение недостатков в сварных соединениях предотвращает аварийные ситуации и продлевает срок службы конструкций.

Особую важность этот процесс приобретает при работе с ответственными объектами: грузоподъемными кранами, сосудами под давлением, трубопроводами и другим оборудованием повышенной опасности. В этих случаях даже небольшой дефект может стать причиной катастрофы.

Основные этапы

Включает несколько последовательных этапов:

1. Предварительная проверка. На этом этапе оценивается качество материалов, оборудования и подготовки рабочего места. Проверяется соответствие поверхностей металла, газовых смесей, присадочной проволоки, флюсов и электродов требуемым стандартам. Также контролируется правильность сборки конструкции перед сваркой.

2. Контроль в процессе сварки. Специалист следит за соблюдением технологического процесса, правильностью выбора режимов работы оборудования и соблюдением технологии сварки.

3. Качество готовых сварных швов. Это основной этап, на котором применяются различные методы неразрушающего и разрушающего контроля для выявления возможных дефектов.

4. Оформление документации. По результатам проверки составляются акты, заполняются журналы сварки и другие необходимые документы.

Каждый из этих этапов имеет свои особенности и требует внимательного подхода. Только комплексный контроль на всех стадиях процесса позволяет гарантировать высокое качество сварных соединений и, как следствие, надежность всей конструкции.

Методы

Разрушающие методы

Разрушающие методы контроля сварных швов предполагают физическое разрушение готового сварного соединения для оценки его прочности и характеристик. Эти методы применяются при аттестации процедуры сварки, проверке и отборе проб, квалификационных испытаниях сварщиков и анализе отказов в работе сварных швов.

Механические испытания

Механические испытания сварных соединений позволяют определить важные эксплуатационные параметры конструкций под разноплановыми нагрузками. На основании полученных данных рассчитывают возможные нагрузки на конструкцию в процессе эксплуатации.

Существует несколько видов механических испытаний:

Статические испытания предполагают плавное увеличение нагрузки в течение продолжительного времени. Динамические испытания характеризуются мгновенным воздействием за короткий интервал времени. При усталостных испытаниях образец подвергается многократному воздействию с изменением нагрузки по значению и знаку.

Для проверки стыковых сварных соединений вырезают образцы и подвергают их нагрузке, чтобы определить прочность и устойчивость к изгибу. Испытания на поперечное натяжение позволяют проверить конструкционную стойкость путем вытягивания образца до разрушения.

Управляемый тест на изгиб включает изгиб образца до указанного радиуса. Различные виды испытаний на изгиб используются для оценки пластичности и прочности сварных соединений. Испытания на изгиб поверхности выполняются при растяжении поверхности сварного шва, а испытания на изгиб корня — при растяжении корня сварного шва.

Металлографические исследования

Металлографические исследования сварных соединений проводятся для выявления возможных дефектов и анализа структуры металла. Этот метод регулируется руководящим документом РД 24.200.04-90 и соответствующими ГОСТами.

Для анализа вырезаются образцы размером 50-100 миллиметров без нагрева. Каждый образец должен включать сварной шов, зону термического влияния и участок металла, не подвергшийся температурному воздействию. Металлографическое исследование позволяет выявить такие дефекты, как пережог, наличие сторонних частиц и окислы.

Макроструктурный анализ проводится на шлифе, вырезанном из сварного шва и исследуемом под 20-кратным увеличением. Предварительно шлиф протравливается раствором, состоящим на четверть из азотной кислоты и на три четверти из воды. Исследование позволяет выделить флокены – белые пятна на зернах металла или на их границах, а также определить особенности проплавления сварного шва.

При микроструктурном анализе можно выявить дефекты, невидимые невооруженным глазом, и оценить качество сварного соединения на микроуровне.

Химический анализ

Химический анализ сварных соединений позволяет определить, содержатся ли основные химические элементы в шве в пределах, рекомендованных для конкретных способов сварки в зависимости от марки основного и присадочного материалов и режима сварки.

Химический состав сварочного шва значительно отличается от основного металла, так как в этой области происходит перемешивание основного и электродного металлов, различных присадок, а также реакций взаимодействия жидкой фазы с атмосферными газами и защитными средствами. Соотношения отдельных компонентов зависят от способа наложения шва и режимов сварки.

Сварные соединения из углеродистых сталей обычно подвергают химическому анализу на углерод, марганец и кремний. Также устанавливают содержание вредных примесей, таких как сера и фосфор. В отдельных случаях, особенно при разработке новой технологии сварки, проводят анализ металла шва на содержание газов — азота, кислорода и водорода. Для сварных соединений из легированных и высоколегированных сталей выполняют дополнительный анализ на содержание легирующих элементов.

Пробы для химического анализа отбирают согласно ГОСТ 7122—54 из шва сварного соединения или шва специальных пластин, сваренных при тех же режимах и условиях. Перед взятием пробы поверхность металла тщательно очищают от антикоррозионных покрытий, ржавчины, окалины и других загрязнений.

Специальные испытания

К специальным испытаниям относится тестирование кислотой сварного шва. Этот метод требует удаления небольших образцов из сварного соединения, которые затем полируют в поперечном сечении и травят, используя кислотную смесь в зависимости от используемого основного материала. Кислотное травление обеспечивает четкое изображение внутренней структуры сварного шва.

Проверка вытравленного образца выявляет глубину проникновения, а также наличие или отсутствие полного сваривания, недостаточного проникновения корней, внутренней пористости и растрескивания. Эти дефекты определяются на линии слияния, которая является переходом между сварным швом и основным материалом.

Испытание на разрыв углового шва включает разрыв образца сварного шва, сваренного только с одной стороны. Образец имеет нагрузку, приложенную к его не сваренной стороне. Испытание происходит обычно в прессе, где нагрузка на элемент увеличивается до тех пор, пока сварной шов не разрушится. Разрушенный образец затем проверяется на предмет наличия и степень разрыва сварочных швов.

Такие испытания дают хорошее представление о неоднородностях по всей длине испытуемого сварного шва и позволяют обнаружить такие дефекты, как отсутствие плавления, внутренняя пористость и шлаковые включения в сварной шов.

Неразрушающие методы

Неразрушающие методы контроля сварных соединений позволяют выявить дефекты без нарушения целостности конструкции. Они применяются в большинстве случаев при проверке качества сварных швов на строительных объектах и в промышленности. Каждый метод имеет свои особенности, преимущества и ограничения, что делает их взаимодополняющими при комплексном контроле.

Визуальный и измерительный

Визуальный и измерительный контроль (ВИК) является первичным и обязательным этапом проверки качества сварных соединений. Он выполняется на всех доступных для осмотра поверхностях сварных швов. Измерительный проводится на участках, прошедших визуальный осмотр.

Для проведения ВИК используются простые измерительные инструменты: линейки, штангенциркули, угольники, шаблоны, лупы и щупы. Выполняется при хорошем освещении, что позволяет обнаружить поверхностные дефекты: трещины, непровары, подрезы, наплывы, прожоги и другие нарушения целостности шва.

При измерительном контроле определяются геометрические параметры сварного соединения: ширина и высота валика, размеры катета шва, величина смещения кромок. Также измеряются размеры обнаруженных дефектов для сравнения с допустимыми значениями.

Визуальный и измерительный контроль регламентируется ГОСТ Р ИСО 17637-2024 "Неразрушающий контроль сварных швов. Визуальный контроль соединений, выполненных сваркой плавлением" и является обязательным этапом перед применением других неразрушающих методов. Несмотря на кажущуюся простоту, этот метод требует от специалиста высокой квалификации, внимательности и знания технологии сварки.

Капиллярный метод

Капиллярный метод основан на способности специальных жидкостей (пенетрантов) проникать в мельчайшие поверхностные дефекты. Он позволяет выявить трещины, непровары, поры и другие несплошности с шириной раскрытия до 0,1 мкм, которые невозможно обнаружить при визуальном осмотре.

Процесс капиллярного контроля включает несколько этапов. Сначала поверхность тщательно очищается от загрязнений. Затем наносится пенетрант, который проникает в дефекты. После выдержки избыток пенетранта удаляется, и наносится проявитель, создающий контрастный фон. В результате дефекты проявляются в виде четких цветных или люминесцентных индикаторных следов.

В зависимости от типа используемого пенетранта различают цветной, люминесцентный и люминесцентно-цветной методы капиллярного контроля. Цветной метод позволяет проводить проверку при обычном освещении, а люминесцентный требует ультрафиолетового освещения, но обладает более высокой чувствительностью.

Капиллярный метод универсален и может применяться для контроля изделий из любых непористых материалов независимо от их магнитных свойств. Однако он имеет ограничения: выявляет только поверхностные дефекты и требует тщательной подготовки поверхности.

Герметичность

Контроль сварных соединений на герметичность необходим для конструкций, работающих под давлением: трубопроводов, сосудов, резервуаров. Этот метод позволяет выявить сквозные дефекты, через которые может происходить утечка газа или жидкости.

Существует несколько способов проверки герметичности сварных швов. Пузырьковый метод основан на обнаружении пузырьков газа, проходящего через дефекты. При этом на шов наносится мыльный раствор, а с противоположной стороны создается избыточное давление. Появление пузырей указывает на наличие сквозных дефектов.

Пневматические испытания проводятся путем нагнетания в конструкцию сжатого воздуха или инертного газа до давления, превышающего рабочее в 1,5 раза. Места утечек определяются по звуку выходящего газа или с помощью мыльного раствора.

При гидравлических испытаниях конструкцию заполняют жидкостью (обычно водой) под давлением и выдерживают определенное время. Падение давления или появление капель жидкости свидетельствует о наличии дефектов.

Контроль на герметичность является важным этапом проверки качества сварных соединений для ответственных конструкций, где недопустимы даже минимальные утечки рабочей среды.

Магнитная дефектоскопия

Магнитная дефектоскопия основана на способности ферромагнитных материалов намагничиваться под воздействием магнитного поля. Метод позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты в сварных соединениях из ферромагнитных сталей.

При контроле сварной шов намагничивают с помощью специального прибора, создающего постоянное или переменное магнитное поле. В местах дефектов возникает искажение магнитного потока, которое можно обнаружить с помощью магнитного порошка или суспензии. Частицы порошка концентрируются над дефектами, образуя характерный рисунок.

Магнитопорошковый метод позволяет выявлять трещины, непровары, шлаковые включения и другие дефекты, расположенные как на поверхности, так и на небольшой глубине (до 2-3 мм). Чувствительность метода зависит от способа намагничивания, типа используемого индикатора и состояния поверхности.

Ограничением метода является его применимость только к ферромагнитным материалам. Кроме того, после контроля изделие необходимо размагнитить, что требует дополнительных операций.

Ультразвуковой метод

Ультразвуковой контроль (УЗК) основан на способности ультразвуковых волн проникать в металл и отражаться от границ раздела сред с разными акустическими свойствами. Этот метод широко применяется для выявления внутренних дефектов в сварных соединениях.

При проведении УЗК на поверхность изделия устанавливается преобразователь, который генерирует ультразвуковые волны частотой от 0,8 до 2,5 МГц. Волны проникают в металл и отражаются от дефектов, возвращаясь к преобразователю. По времени прохождения сигнала и его амплитуде определяется наличие, размер и глубина залегания дефекта.

Ультразвуковой контроль (УЗК) позволяет выявлять трещины, непровары, поры, шлаковые включения и другие внутренние дефекты. Метод обладает высокой чувствительностью и позволяет контролировать изделия большой толщины. УЗК можно проводить с одной стороны изделия, что особенно важно при проверке труб и сосудов.

К преимуществам УЗК относятся высокая производительность, безопасность для персонала, возможность автоматизации процесса. Однако интерпретация результатов требует высокой квалификации оператора, а для контроля сложных геометрических форм необходимы специальные методики.

Радиационный метод

Радиационный метод основан на способности рентгеновского и гамма-излучения проникать через металл и ослабляться в зависимости от его плотности и толщины. Метод позволяет получать изображение внутренней структуры сварного соединения.

При радиографическом контроле источник излучения располагается с одной стороны изделия, а с другой стороны устанавливается детектор (рентгеновская пленка или цифровой детектор). Излучение, проходя через сварной шов, по-разному ослабляется в зависимости от наличия дефектов. В результате на детекторе формируется изображение, на котором видны внутренние дефекты: поры, трещины, непровары, шлаковые включения.

Радиационный контроль обеспечивает высокую достоверность результатов и позволяет получить документальное подтверждение качества сварного соединения в виде рентгеновского снимка. Метод применяется для контроля ответственных сварных соединений в трубопроводах, сосудах под давлением, металлоконструкциях.

Основными недостатками радиационного метода являются опасность для здоровья персонала, необходимость соблюдения строгих мер радиационной безопасности, высокая стоимость оборудования и расходных материалов. Кроме того, для проведения требуется доступ к обеим сторонам изделия, что не всегда возможно.

Особые требования

Повышенные требования к ответственным конструкциям

К конструкциям, где надежность сварного соединения имеет особое значение при дальнейшей эксплуатации, предъявляются повышенные требования по контролю качества. Это касается объектов повышенной опасности: трубопроводов, резервуаров, сосудов под давлением и других ответственных металлоконструкций.

Для таких объектов применяются более строгие методы контроля сварных швов и увеличивается объем проверяемых соединений. Например, объем исследований сварных соединений трубопроводов значительно выше по сравнению с менее ответственными конструкциями. Это обусловлено высокими рисками при эксплуатации данных объектов.

При контроле ответственных конструкций особое внимание уделяется применению оптимальных технологических сварочных процедур и материалов в соответствии с требованиями проектов КМ и ППР. Также обязательным является осуществление технического и авторского надзора за выполнением сварочных работ.

Для резервуаров и других ответственных конструкций применяются способы сварки, методы и объемы контроля сварных швов, адекватные уровню ответственности объекта. Нормативы для оценки дефектности сварных швов или значения допустимых дефектов должны быть указаны в проектной документации.

Соответствие нормативным документам

Контроль качества сварных соединений регламентируется рядом нормативных документов, которые устанавливают требования к методам, объему проверок и критериям оценки качества. Основными нормативными документами в этой области являются ГОСТ 3242-79 "Соединения сварные. Методы контроля качества" и ГОСТ Р ИСО 17637-2024 "Неразрушающий контроль сварных швов. Визуальный контроль соединений, выполненных сваркой плавлением".

ГОСТ 3242-79 устанавливает методы проверки качества и область их применения при обнаружении дефектов сварных соединений металлов и сплавов. Стандарт определяет, что применение метода или комплекта методов для обнаружения дефектов сварных соединений зависит от требований, предъявляемых к сварным соединениям в технической документации на конструкцию.

Визуальный и измерительный регламентируется ГОСТ Р ИСО 17637-2024 и является обязательным этапом перед применением других методов неразрушающего контроля. Согласно этому документу, проверке подлежат все доступные для осмотра поверхности сварных соединений.

Для различных типов конструкций существуют свои специфические нормативные документы. Например, контроль качества сварных соединений металлических конструкций зданий и сооружений осуществляется в соответствии с СП 70.13330.2012 Свод правил. Несущие и ограждающие конструкции. Актуализированная редакция СНиП 3.03.01-87.

При проведении необходимо учитывать, что количество и протяженность контролируемых сварных соединений устанавливаются Строительными нормами и правилами и Техническими условиями на данную конструкцию. Сварные соединения или их участки, подлежащие контролю, определяются оператором совместно с техническим руководителем выполняемых работ.

Важно отметить, что заключения по качеству сварных соединений и швов должны выполняться лицом (оператором, контролером), имеющим специальную подготовку и удостоверение на право производства этих работ. Это обеспечивает достоверность результатов и соответствие выполненных работ установленным требованиям.

На основании полученных результатов составляется акт дефектов сварных соединений. Для этого используется специальный журнал, который оформляется в соответствии с требованиями СНиП. В него вносятся результаты проверки каждого узла конструкции. Сформированную документацию изучают представители государственных органов при приеме объектов в эксплуатацию, отчетах, судебных разбирательствах, при возникновении ЧП или аварии на территории принятого объекта.

Оформление документации

Документальное оформление результатов сварных соединений является важным этапом, подтверждающим качество выполненных работ. Правильно составленная документация не только фиксирует текущее состояние конструкций, но и служит юридическим основанием при сдаче объекта в эксплуатацию, а также при возникновении спорных ситуаций.

Составление актов и журналов

Результаты диагностики сварных соединений фиксируются в соответствующих актах и заключениях, составленных квалифицированными специалистами. Документ должен содержать детальное описание всех обнаруженных дефектов и нарушений, а форма акта обязана соответствовать требованиям нормативных документов.

Акт визуального и измерительного контроля является обязательным документом при производстве и эксплуатации металлических конструкций. Он подтверждает прохождение процедуры и соответствие сварных соединений требованиям стандартов и проектной документации. В основные пункты акта входят: вид, наименование объекта, указание технической документации, оценка качества сварных швов, фиксация выявленных дефектов и заключения, а также информация о лице, осуществлявшем проверку.

Бригада дефектоскопистов также отмечает результаты в журнале сварки, необходимость ведения которого установлена законодательством для каждого объекта. Записи в акте и журнале сопровождаются детальными схемами с эскизом контролируемого соединения и отмеченными дефектами, что позволяет идентифицировать нарушения для последующего устранения.

По результатам заказчик получает официальный документ, содержащий реквизиты и подписи ответственных лиц. Например, для трубопровода оформляется электронный паспорт качества сварного соединения, в котором указывается, кто и когда проводил исследования, какие нарушения были обнаружены и какие методы для этого использовались.

Сформированную документацию изучают представители государственных органов при приеме объектов в эксплуатацию, а также при возникновении чрезвычайных происшествий или аварий на территории принятого объекта.

Ответы на часто задаваемые вопросы

Заключение

Значимость комплексного подхода

Контроль сварных соединений является важнейшим этапом обеспечения безопасности и надежности металлоконструкций. Комплексный подход к проверке качества сварных швов позволяет выявить дефекты различного характера и предотвратить аварийные ситуации при эксплуатации объектов.

Применение нескольких взаимодополняющих методов дает возможность получить полную картину состояния сварных соединений. Визуальный и измерительный контроль, являясь первичным и обязательным этапом, позволяет выявить поверхностные дефекты, а физические методы (ультразвуковой, радиографический и другие) обнаруживают внутренние несплошности материала.

Для ответственных конструкций особенно важно соблюдение всех этапов, начиная от проверки материалов и заканчивая испытаниями готовых сварных соединений. Это обеспечивает соответствие конструкций проектным требованиям и нормативным документам.

Комплексный подход также включает в себя правильное документирование результатов. Составление актов, журналов и заключений позволяет не только фиксировать текущее состояние конструкций, но и служит юридическим основанием при сдаче объекта в эксплуатацию.

Роль квалификации специалистов

Качество напрямую зависит от квалификации специалистов, выполняющих эту работу. Согласно нормативным документам, контроль должен осуществляться лицами, имеющими специальную подготовку и удостоверение на право производства этих работ.

Специалисты по неразрушающему контролю должны обладать знаниями в области материаловедения, технологии сварки, методов контроля и нормативной документации. Они должны уметь не только выявлять дефекты, но и правильно интерпретировать результаты, определять причины возникновения дефектов и давать рекомендации по их устранению.

Для повышения достоверности результатов специалисты должны регулярно проходить аттестацию и повышение квалификации. Это особенно важно в связи с постоянным совершенствованием методов и появлением нового оборудования.

Роль квалифицированных специалистов трудно переоценить, поскольку даже самое современное оборудование не может заменить опыт и знания человека. Именно человеческий фактор часто является определяющим при выявлении сложных дефектов и принятии решений о годности сварных соединений.

Испытательная лаборатория ООО "Строй-Эксперт"

ООО "Строй-Эксперт" предоставляет услуги аккредитованной испытательной лаборатории, специализирующейся на проведении контроля качества сварных соединений различными методами. Лаборатория оснащена современным оборудованием для проведения визуального и измерительного, ультразвукового и других видов контроля.

Наши специалисты имеют высокую квалификацию и большой опыт работы в области неразрушающего контроля. Они регулярно проходят обучение и аттестацию, что позволяет им выполнять работы на высоком профессиональном уровне. Мы проводим контроль сварных соединений в соответствии с требованиями нормативных документов и предоставляем заказчикам полный комплект документации по результатам.

Лаборатория ООО "Строй-Эксперт" предлагает следующие услуги по контролю сварных соединений:

• визуальный и измерительный;

• ультразвуковой контроль сварных швов арматуры;

• ультразвуковой контроль сварного шва.

Стоимость работ зависит от объема, диаметра труб и других факторов.

Для получения консультации и заказа услуг по контролю сварных соединений вы можете связаться с нами по телефону +7 (812) 454-01-17, написать на электронную почту expert@teoc.ru или воспользоваться формой обратной связи на нашем сайте.