Методические указания к выполнению лабораторной работы «Контроль качества сварочных материалов»

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Омской области

«Седельниковский агропромышленный техникум»

«Контроль качества сварочных материалов»

Методические указания к выполнению лабораторной работы

ПМ. 01. Подготовительно-сварочные работы и контроль качества сварных швов после сварки

по профессии 15.01.05 Сварщик (ручной и частично механизированной сварки (наплавки))

Составил: Баранов Владимир Ильич мастер производственного обучения

Седельниково, Омской области, 2017

Министерство образования Омской области БПОУ «Седельниковский агропромышленный техникум»

Рекомендации разработаны в соответствии с Письмом Минобразования РФ от 05 апреля 1999 N 16-52-58ин/16-13 "О рекомендациях по планированию, организации и проведению лабораторных работ и практических занятий в образовательных учреждениях среднего профессионального образования", требованиями ФГОС СПО, порядком организации и осуществления образовательной деятельности по образовательным программам среднего профессионального образования, утвержденным Министерством образования и науки Российской Федерации приказ № 464 от 14 июня 2013 года.

ПМ. 01. Подготовительно-сварочные работы и контроль качества сварных швов после сварки

Тема: Контроль качества сварных соединений.

Тема занятия: лабораторная работа «Контроль качества сварочных материалов».

Время: 2 часа.

Цель работы — ознакомление с методами оценки свариваемо­сти металлов и приобретение навыков, необходимых для опреде­ления качества сварочных материалов.

Задачи занятия:

Обучающие:

Формирование у студентов профессиональных навыков в определении качества сварных соединений посредством визуального и измерительного контроля.

Развивающие:

Формирование у студентов умения оценивать свой уровень знаний и стремление его повышать.

Воспитательные:

Воспитание у студентов аккуратности, трудолюбия, бережного отношения к оборудованию и инструментам.

Дидактические задачи:

Закрепить полученные знания, приемы, умения и навыки по определению качества сварных соединений посредством визуального и измерительного контроля.

Требования к результатам усвоения учебного материала.

Студент в ходе освоения темы занятия и выполнения лабораторной работы должен:

иметь практический опыт:

- выполнения зачистки швов после сварки;

- использования измерительного инструмента для контроля геометрических размеров сварного шва;

- определения причин дефектов сварочных швов и соединений;

- предупреждения и устранения различных видов дефектов в сварных швах.

уметь:

- использовать ручной и механизированный инструмент зачистки сварных швов и удаления поверхностных дефектов после сварки;

- зачищать швы после сварки;

- пользоваться производственно-технологической и нормативной документацией для выполнения трудовых функций.

знать:

- основы теории сварочных процессов (понятия: сварочный термический цикл, сварочные деформации и напряжения);

- типы дефектов сварного шва;

- методы неразрушающего контроля;

- причины возникновения и меры предупреждения видимых дефектов;

- способы устранения дефектов сварных швов.

В ходе занятия у студентов формируются 

Профессиональные компетенции:

ПК 1.8. Зачищать и удалять поверхностные дефекты сварных швов после сварки.

ПК 1.9. Проводить контроль сварных соединений на соответствие геометрическим размерам, требуемым конструкторской и производственно-технологической документации по сварке.

Общие компетенции:

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы.

ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач.

ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.

ОК 6. Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, клиентами.

Литература:

Основные источники:

-Чебан В. А. Сварочные работы /В. А. Чебан.- Изд. 7-е.- Ростов н/Д : Феникс, 2010. (Начальное профессиональное образование).

-Маслов В. И. Сварочные работы: Учеб. для нач. проф. образования: Учеб. пособие для сред. проф. образования - М.: ПрофОбрИздат, 2002.

Дополнительные источники.

- Г.Г Чернышов. Справочник электрогазосварщика и газорезчика: учеб. пособие для нач. проф. образования – М. : Издательский центр «Академия», 2006.

- М.Д. Банов Ю.В. Казанов «Сварка и резка материалов», Учебное пособие – М: ОИЦ «Академия», 2009г.

- Овчинников В. В. Оборудование, техника и технология сварки и резки металлов: учебник/ В.В.Овчинников.- М.: КНОРУС, 2010.-(Начальное профессиональное образование).

- А.И. Герасименко «Основы электрогазосварки», Учебное пособие – М: ОИЦ «Академия», 2010г

-В. Г. Лупачев «Ручная дуговая сварка» учебник –Мн.; Выш. шк., 2006.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Входной контроль качества исходных материалов (основной металл, электроды, сварочная проволока, флюсы, защитные газы) связан с установлением соответствия данных, приведенных в сер­тификатах, требованиям применяемого технологического процес­са сварки. При наличии внешних дефектов или отсутствии серти­фикатов использование исходных материалов допускается только после проведения химического анализа, механических испытаний и испытаний на свариваемость.

Основной металл в виде литых заготовок проверяют на нали­чие пор, усадочных раковин и трещин. Особое внимание обраща­ют на зоны, подлежащие сварке. Они должны быть тщательно очищены от ржавчины и загрязнений (масло, краска, пригар). Прокат проверяют на наличие расслоений и окалины, равномер­ность толщины листа и т.д.

У электродов контролируют равномерность толщины покры­тия, наличие в нем трещин и других механических поврежде­ний. Для того чтобы установить характер плавления электро­дного стержня и покрытия, легкость отделения шлака и особен­ности формирования сварного шва (жидкотекучесть расплав­ленного металла, разбрызгивание), выполняют пробную сварку. Электроды должны удовлетворять требованиям действующих ГОСТов.

Сварочную проволоку проверяют на чистоту поверхности, от­сутствие защитных покрытий, нежелательных для данного техно­логического процесса, расслоений и закатов. У флюсов определя­ют размеры частиц, их однородность по величине и влажность материала, а также устанавливают возможное наличие загрязне­ний и инородных включений. Защитные газы проверяют на от­сутствие вредных примесей и влаги. Кроме того, качество флюса или защитного газа оценивают по тем же показателям, которые указаны для электродного стержня и покрытия, осуществляя пробную сварку.

Свариваемость. Важным технологическим свойством металла (или сочетания металлов) является свариваемость — способность образовывать при установленной технологии сварки соединение, отвечающее требованиям, диктуемым особенностями конструкции и условиями ее эксплуатации. Свариваемость — это комплексная технологическая характеристика металла, отражающая его реак­цию на процесс сварки и определяющая его относительную при­годность для выполнения сварных соединений.

Проверка исходных материалов на свариваемость должна предшествовать принятию решения об использовании тех или иных из них для изготовления сварных конструкций.

Для получения количественной оценки свариваемости сравни­вают свойства металла сварного шва со свойствами основного ме­талла, которые принимаются за эталонные. Оценка свариваемо­сти стали необходима в следующих случаях:

• установление соответствия прочностных характеристик сварных соединений техническим условиям для данной марки стали;

• разработка новой технологии сварки;

• всесторонняя оценка технологических свойств новой марки стали при ее внедрении;

• выбор новых типов электродных покрытий и новых ма­рок присадочных материалов.

Методы оценки свариваемости. Один из приближенных кос­венных методов определения свариваемости сталей связан с ее оценкой по химическому составу материала. В этом случае крите­рием свариваемости (устойчивости к образованию холодных тре­щин) служит показатель, называемый эквивалентом углерода. Экс­периментально установлено, что стали, для которых эквивалент углерода не превышает 0,4 %, не обнаруживают склонности к об­разованию холодных трещин.

Прямые методы оценки свариваемости позволяют получить ко­личественную оценку показателей прочности и пластичности сварных соединений или качественную оценку свариваемости ме­талла по его склонности к трещинообразованию в процессе свар­ки. В разных странах применяют различные пробы на сваривае­мость.

Образцы тавровых соединений, испытываемые на статиче­ский изгиб, имеют определенные размеры, мм : ширину — 31 и толщину — 6; 12 или 19. Катет контролируемого шва должен со­ставлять половину толщины пластины. Эти образцы подвергают изгибу в специальном приспособлении. О пластических свойствах таврового соединения судят по углу изгиба перед появлением тре­щины, нагрузке при разрушении и характеру излома. Особенно­стью тавровой пробы является сходство образцов по форме с ре­альными сварными соединениями. Статические испытания на из­гиб образцов тавровых соединений позволяют оценивать пласти­ческие свойства сварного соединения в целом.

С помощью пробы на удар образцов с надрезом можно оценить влияние термического воздействия сварки на ос­новной металл. Образец размерами 60 х 10 х 10 мм вырезают из пластины с наплавленным поперек нее валиком. Образец разме­чают таким образом, чтобы вершина надреза касалась зоны тер­мического влияния. Надрез шириной 2 мм выполняют на глуби­ну зоны проплавления вдоль оси валика с помощью дисковой фрезы. Затем поверхность образца со стороны валика обрабаты­вают строганием, чтобы обеспечить глубину надреза 2 мм. Стро­ганием поверхности со стороны, противоположной надрезу, тол­щину образца уменьшают до 10 мм. Ударная проба выявляет кри­тическую температуру, при которой вязкий вид разрушения сме­няется хрупким.

Проба на статический изгиб образцов с надрезом, как и предыдущая, позволяет оценить влияние термического воздей­ствия сварки на основной металл. Образец размерами 60 х 10 х 10 мм вырезают из пластины с наплавленным поперек нее валиком. Над­рез выполняют в наплавленном металле так, чтобы его вершина касалась зоны термического влияния. Образец испытывают на ста­тический изгиб до разрушения. Пластичность оценивают по углу изгиба перед разрушением и разрушающей нагрузке при разных температурах. По кривым зависимости угла изгиба от нагрузки мож­но установить характер разрушения надрезанных образцов разного типа и определить критическую температуру, соответствующую пе­реходу от вязкого разрушения к хрупкому. С увеличением продол-жительности выдержки образца после наплавки до начала испыта­ния и повышением его температуры в процессе испытания заметно возрастает предельный угол изгиба, что свидетельствует об улучше­нии структуры металла шва с течением времени.

Можно считать, что высоким значениям ударной вязкости и вязкости разрушения соответствует высокая пластичность при статическом испытании на изгиб образцов тавровых соединений и надрезанных образцов стыковых соединений.

Одним из важных показателей свариваемости материала явля­ется его устойчивость к образованию холодных и горячих тре­щин. На практике для оценки этого показателя применяют раз­ные виды проб. Рассмотрим наиболее простые из них и в то же время наиболее информативные.

Для оценки устойчивости металла к образованию холодных трещин изготавливают образцы (рис. 1), испы­тываемые на специальных машинах при минимальном растягива­ющем напряжении, создаваемом внешней нагрузкой, которая вы­зывает образование трещин в околошовной зоне или сварном шве. Глубина надреза должна составлять не более 2 мм. Строга­нием поверхности со стороны, противоположной надрезу, толщи­ну образца уменьшают до 10 мм.

Рис. 1. Схемы образцов для испытаний на устойчивость металла к образованию холодных трещин:

а – поперек шва; б – вдоль шва; стрелками показаны направления действия сил.

Пробы на устойчивость к образованию холодных трещин тре­буют сварки образцов, конструкция которых обеспечивает высо­кий уровень остаточных напряжений.

Лихайская проба предусматривает сварку плоского образца, имеющего в центре разделку в виде щели. Необходимое условие испытания — сварка с непроваром корня шва. Высокий уровень напряжений обеспечивается жестким закреплением образца и наличием концентратора напряжений в корне шва. Трещины при испытании возникают в корне шва или околошовной зоне в зави­симости от формы разделки. Уровень напряженного состояния регулируется изменением ширины щели. Количественным пока­зателем устойчивости к появлению холодных трещин служит глу­бина прорези, при которой они еще не образуются.

Крестовая проба (рис. 2) заключается в сварке образца двой­ного таврового соединения последовательно четырьмя угловыми швами. Каждый следующий шов выполняют после полного ох­лаждения предыдущего. По мере увеличения числа швов возрас­тает жесткость соединения, ускоряется отток теплоты и повыша­ется общее насыщение металла шва водородом. Образование тре­щин наиболее вероятно в третьем шве и его зоне термического влияния.

Рис. 2. Крестовая проба:

1, 2, 3, 4 – порядок выполнения сварных швов; S – толщина металла; стрелкой показано направление сварки.

Через 4 суток после сварки из центральной части образца выре­зают три поперечных темплета шириной 25 мм, из которых изго­тавливают металлографические шлифы. Их исследуют на наличие трещин при увеличении 10^х. Крестовая проба позволяет получить качественную оценку свариваемости металлов и отнести их к ус­тойчивым или склонным к образованию трещин в зависимости от отсутствия или наличия трещин на шлифах.

Испытание иногда усложняют, изменяя исходную температу­ру образца. В этом случае в качестве количественного показате­ля устойчивости к образованию трещин выбирают начальную температуру образца, при которой трещины не возникают. На ус­тойчивость к образованию холодных трещин испытывают перлит­ные, мартенситные и высокохромистые ферритные стали, а так­же ряд титановых, алюминиевых и некоторых других сплавов.

Для оценки устойчивости металла к образованию горячих трещин изготавливают серию образцов стыковых соединений, которые в процессе сварки подвергают растяжению на специальной испытательной установке (рис. 3). Количествен­ным показателем устойчивости металла к появлению горячих тре­щин служит минимальная скорость деформации, при которой возникают трещины в шве или околошовной зоне.

Рис. 3. Установка для испытания образцов стыковых соединений на устойчивость металла к образованию горячих трещин:

1 – шток; 2 – направляющая втулка; 3 – гайка, фиксирующая прогиб образца; 4 – пуансон; 5 – сварной образец; 6 – опора; 7 – жесткая скоба.

Помимо этого оценить устойчивость металла к образованию горячих трещин можно с помощью специальных проб. Две из них, наиболее простые, описаны далее.

Первая проба предусматривает сварку набора образцов раз­ной ширины b (рис. 4), которая превышает толщину 5 испыты­ваемого металла в 4, 6, 8, 12, 16 и 20 раз.

Рис. 4. Проба на устойчивость металла к образованию горячих трещин:

b – ширина образца; S – толщина металла; стрелками показаны направления сварки.

Сварку начинают с об­разцов минимальной ширины и продолжают на все более широких образцах до тех пор, пока в сварном шве перестанут обра­зовываться трещины. Необходимое условие осуществления про­бы — полное проплавление притупления разделки. Количествен­ным показателем устойчивости к возникновению горячих тре­щин служит минимальная ширина образца, при которой трещи­на не образуется. Ее наличие определяют визуально на поверх­ности шва и его излома, где за горячую трещину принимают окисленные участки.

Вторую, тавровую пробу выполняют следующим образом. Стенку образца таврового соединения прикрепляют к полке толь­ко одной прихваткой в начале шва. Это позволяет стенке повора­чиваться во время сварки, причем особенно существенно при на­ложении первого шва, что вызывает ее деформацию и, как след­ствие, образование трещин в корне шва. После наложения двух швов (по обе стороны стенки) и их визуального осмотра полку разрезают механическим способом с обратной стороны, вдоль продольной оси соединения, между швами. Разрезанные части полки отгибают для выявления трещин в изломе шва. Тавровая проба служит качественной характеристикой металла: при отсут­ствии трещин его считают устойчивым к их возникновению, и на­оборот. На образование горячих трещин испытывают все без ис­ключения металлы и сплавы.

Для оценки технологической прочности при сварке разработа­на кольцевая проба, осуществляемая сваркой встык или сквозным проплавлением листа по окружности. Использование результатов этой пробы обеспечивает возможность проведения сварки с раз­ными скоростями, малую металлоемкости! и значительную протя­женность сварного шва.

Критериями технологической прочности сварного соединения являются наличие трещин, периодичность их образования и сум­марная длина. Диаметр кольцевого шва и размеры образцов варь­ируют таким образом, чтобы при сопоставимых способах сварки обеспечить образование горячих трещин в шве. После полного охлаждения образца при его осмотре с помощью инструменталь­ного микроскопа подсчитывают суммарную длину трещин на по­верхности шва, которая является количественной оценкой техно­логической прочности при сварке.

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И ОБРАЗЦЫ

Для выполнения лабораторной работы потребуются:

■ сварочный выпрямитель и электрододержатель;

• универсальный сварочный выпрямитель (типа ВСВУ);

• источник переменного тока (типа ИСВУ);

• баллон с аргоном;

• газовая аппаратура (редуктор, манометр, ротаметр);

• сварочная горелка (типа РГА);

• муфельная электрическая печь;

• увлажнитель аргона;

• лупа с увеличением 4^х;

• покрытые электроды УОНИ-13/45 для сварки сталей;

• присадочная проволока Св-08Г2С для сварки сталей;

• присадочная проволока Св-АК5 для сварки алюминиево­го сплава АД31;

• набор сварных образцов с характерными дефектами;

• образцы кольцевой пробы из алюминиевого сплава АД31 или АМгб;

• набор образцов для проплавления в виде пластин низко­углеродистой стали и алюминиевых сплавов АДЗ1 и АМгб.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомьтесь с разными видами технологических проб, предназначенных для оценки свариваемости металлов и сплавов.

2. Увлажните покрытые электроды, выдержав их в течение 2...3 мин в емкости с водой, а затем проплавьте насквозь пласти­ну низкоуглеродистой стали. Проконтролируйте визуально форму шва, наличие разбрызгивания электродного металла и пор в ме­талле шва.

Увлажненные покрытые электроды поместите на 1 ч в му­фельную электрическую печь, нагретую до температуры 100... 150 °С. После сушки электродов проплавьте насквозь плас­тину из низкоуглеродистой стали. Проконтролируйте визуально форму шва, наличие разбрызгивания электродного металла и пор в металле шва.

1. Выполните ручную аргонодуговую сварку стыкового соеди­нения пластин из низкоуглеродистой стали толщиной 3 мм с при­садочной проволокой Св-08Г2С, на поверхности которой имеют­ся загрязнения — следы смазки и краски. Проконтролируйте ви­зуально наличие дефектов в металле шва.

Очистите поверхность присадочной проволоки наждачной бу­магой до полного удаления следов краски. Протрите проволоку бязевой салфеткой, смоченной в бензине. Выполните ручную ар­гонодуговую сварку стыкового соединения пластин из низко­углеродистой стали толщиной 3 мм с очищенной присадочной проволокой. Проконтролируйте визуально наличие дефектов в металле шва.

1. Проплавьте насквозь пластину толщиной 3 мм из алюмини­евого сплава АД31, используя горелку для ручной аргонодуговой сварки и присадочную проволоку Св-АК5. Обеспечьте защиту ме­талла сварочной ванны подачей аргона из баллона. Проконтроли­руйте визуально форму шва и внешний вид его поверхности.

Проплавьте насквозь пластину толщиной 3 мм из сплава АД31, применяя горелку для ручной аргонодуговой сварки и присадоч­ную проволоку Св-АК5. Для защиты металла сварочной ванны используйте аргон, прошедший через увлажнитель. Проконтро­лируйте визуально форму шва и внешний вид его поверхности.

1. Выполните сварку нескольких образцов кольцевой пробы на пластинах из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 3 мм. Выяви­те дефекты сварного соединения в виде трещин с помощью лупы. Проанализируйте влияние диаметра образцов на число обнару­женных дефектов.

ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Напишите отчет, в котором укажите название и цель работы, применяемое оборудование, материалы и образцы.

Приведите таблицу с полученными результатами, составлен­ную по следующей схеме:

Сформулируйте выводы по результатам работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какова конечная цель проведения контроля качества свароч­ных материалов?

2. В каких случаях производят оценку свариваемости металла?

3. Как количественно и качественно оценивают свариваемость металла?

4. Какие дефекты характеризуют свариваемость металла?

11