Методы контроля сварных швов: визуальный, ультразвуковой, капиллярный

Сварной шов — самое уязвимое место стальной конструкции. Основной металл поставляется с сертификатом и проверенными свойствами, а шов создаётся непосредственно на производстве, и его качество зависит от множества факторов: подготовки кромок, режима, квалификации сварщика, условий в цехе. Именно поэтому контроль сварных соединений — обязательная часть изготовления любой несущей металлоконструкции.

Неразрушающий контроль позволяет оценить качество шва, не повреждая изделие. Существует несколько методов, и каждый из них выявляет свой класс дефектов. Ни один метод не является универсальным, поэтому на производстве они применяются в комбинации. В этой статье отдел технического контроля завода рассказывает о трёх наиболее востребованных методах — визуально-измерительном, ультразвуковом и капиллярном — и о том, как выбирается объём контроля.

Какие дефекты ищут в сварных швах

Прежде чем говорить о методах, разберёмся, что именно нужно найти. Дефекты делятся на наружные и внутренние.

Наружные дефекты

• Подрезы — углубления вдоль линии сплавления шва с основным металлом.
• Наплывы — натёки металла шва на основной металл без сплавления с ним.
• Поверхностные поры и свищи — полости, выходящие на поверхность.
• Кратеры — углубления в конце шва, часто содержащие усадочные трещины.
• Поверхностные трещины — наиболее опасный дефект, недопустимый в любом количестве.
• Отклонения геометрии — недостаточный или избыточный катет, неравномерная ширина, чрезмерное усиление.

Внутренние дефекты

• Непровары — несплавление в корне шва.
• Несплавления — отсутствие сплавления между слоями или между швом и кромкой.
• Внутренние поры — газовые включения в объёме металла шва.
• Шлаковые включения — неметаллические частицы, оставшиеся после многопроходной сварки.
• Внутренние трещины — горячие и холодные.

Визуальный и измерительный контроль

Визуально-измерительный контроль — первый и обязательный этап для всех без исключения сварных швов. Он выполняется до применения любых других методов, поскольку наружные дефекты могут исказить результаты ультразвукового или капиллярного контроля.

Что проверяется

Контролёр осматривает шов и околошовную зону, измеряет катеты угловых швов, ширину и высоту усиления стыковых швов, глубину подрезов, отклонения геометрии узла. Применяются шаблоны сварщика, лупы, линейки, штангенциркули, щупы, угломеры, источники направленного света.

Когда выполняется

Визуальный контроль проводится на нескольких стадиях: при подготовке кромок и сборке под сварку, в процессе многопроходной сварки после каждого прохода и после завершения сварки. Контроль сборки часто важнее контроля готового шва: неправильный зазор или разделка почти гарантированно дадут внутренний дефект.

Возможности и ограничения

Метод прост, дёшев и высокоэффективен для наружных дефектов. Большинство проблем, связанных с геометрией и поверхностными несплошностями, выявляется именно на этом этапе. Однако внутренние дефекты визуальный осмотр не обнаруживает.

Ультразвуковой контроль

Ультразвуковая дефектоскопия — основной метод выявления внутренних дефектов в сварных швах стальных конструкций. Пьезоэлектрический преобразователь излучает в металл ультразвуковые волны, которые отражаются от несплошностей и возвращаются к датчику. По времени прихода и амплитуде отражённого сигнала дефектоскопист определяет наличие, координаты и условные размеры дефекта.

Подготовка к контролю

Поверхность околошовной зоны, по которой перемещается преобразователь, очищается от брызг, окалины и краски. Для акустического контакта наносится контактная жидкость. Дефектоскоп настраивается на стандартных образцах, соответствующих толщине и типу соединения.

Что выявляет метод

Ультразвук хорошо находит плоскостные дефекты — трещины, непровары, несплавления, — особенно если они ориентированы поперёк луча. Объёмные дефекты, такие как поры и шлаковые включения, также выявляются, но их характер определить сложнее.

Фазированные решётки

Современные дефектоскопы с фазированными решётками формируют луч под разными углами без перестановки датчика и строят изображение сечения шва. Это повышает достоверность, ускоряет контроль и позволяет сохранять результаты в электронном виде для последующего анализа.

Ограничения

Результат во многом зависит от квалификации специалиста. Контроль тонких швов, угловых соединений сложной формы и крупнозернистых материалов затруднён. Метод требует доступа к поверхности с одной или двух сторон шва.

Капиллярный контроль

Капиллярная дефектоскопия выявляет поверхностные и сквозные несплошности, которые слишком малы для обнаружения невооружённым глазом: тонкие трещины, поры, несплавления, выходящие на поверхность.

Как проводится контроль

1. Поверхность очищается и обезжиривается.
2. Наносится индикаторный пенетрант — жидкость с высокой проникающей способностью, обычно яркого красного цвета или флуоресцентная.
3. После выдержки излишки пенетранта удаляются с поверхности.
4. Наносится проявитель, который вытягивает пенетрант из полостей дефектов.
5. На белом фоне проявителя появляются контрастные индикаторные следы, повторяющие форму дефектов.

Где применяется

Капиллярный контроль особенно полезен для нержавеющей стали и алюминия, для контроля корневых проходов перед заполнением разделки, для проверки мест удаления временных креплений и выборок дефектов перед заваркой. Метод не выявляет внутренние дефекты, не выходящие на поверхность, и требует тщательной подготовки.

Сравнение методов

Объём контроля и нормативы

Объём неразрушающего контроля устанавливается проектной документацией и нормами. СП 70.13330 определяет требования к контролю сварных соединений строительных конструкций, включая допустимые размеры дефектов и минимальный объём проверок в зависимости от ответственности соединения. Для стыковых швов растянутых элементов, узлов подкрановых конструкций, соединений, работающих на динамическую нагрузку, объём контроля выше вплоть до сплошного.

• Все швы — визуально-измерительный контроль в полном объёме.
• Ответственные стыковые швы — ультразвуковой контроль в объёме, установленном проектом.
• Узлы из нержавеющей стали и алюминия, корни ответственных швов — капиллярный контроль по требованию.
• При обнаружении недопустимых дефектов объём контроля данного сварщика и типа соединения увеличивается.

Исправление дефектов

Обнаруженный недопустимый дефект удаляется механическим способом — шлифованием, фрезерованием или воздушно-дуговой строжкой с последующей зачисткой. Выборка проверяется визуально и при необходимости капиллярным методом, чтобы убедиться, что дефект удалён полностью. Затем место заваривается по той же технологии, что и основной шов, и повторно контролируется тем же методом, которым дефект был выявлен. Результаты исправления фиксируются в документации.

Документирование результатов

Каждый выполненный контроль оформляется заключением или протоколом, где указываются объект, метод, нормативная база, оборудование, результат и специалист. Эти документы входят в исполнительную документацию и передаются заказчику вместе с конструкциями. Подробнее о системе качества завода можно узнать в разделе услуг.

Итоги

Надёжность сварной металлоконструкции обеспечивается сочетанием методов контроля. Визуально-измерительный контроль охватывает все швы и отсекает наружные дефекты, ультразвук выявляет опасные внутренние несплошности, капиллярный метод находит тонкие поверхностные трещины там, где их не видно глазу.

Правильно подобранный объём контроля, аттестованные специалисты и полная документация позволяют заказчику быть уверенным, что каждый шов соответствует проекту и нормам, а конструкция выдержит расчётные нагрузки на протяжении всего срока службы.