Методические указания к выполнению лабораторной работы «Контроль сварных соединений методами капиллярной дефектоскопии»

Бюджетное профессиональное образовательное учреждение Омской области

«Седельниковский агропромышленный техникум»

«Контроль сварных соединений методами капиллярной дефектоскопии»

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: Неразрушающий контроль.

Тема занятия: лабораторная работа «Контроль сварных соединений методами капиллярной дефектоскопии».

Время: 2 часа.

Цель работы — приобретение навыков в выявлении дефектов сварных соединений цветным капиллярным методом и определе­ние его чувствительности.

Задачи занятия:

Обучающие:

Формирование у студентов профессиональных навыков в выявлении дефектов сварных соединений цветным капиллярным методом и определе­ние его чувствительности.

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 выявлению дефектов сварных соединений цветным капиллярным методом и определе­ние его чувствительности.

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

Капиллярные методы контроля предназначены для обнаруже­ния нарушений сплошности в поверхностных слоях сварных со­единений.

в большинстве случаев согласно техническим требованиям не­обходимо выявлять настолько малые дефекты, что заметить их при визуальном осмотре почти невозможно. Применение же оптических приборов, например лупы или микроскопа, не позво­ляет обнаружить поверхностные дефекты из-за недостаточной контрастности их изображений на фоне металла и малого поля зрения при большом увеличении.

Методы капиллярной дефектоскопии обеспечивают выявление разного рода трещин, свищей, микропор и других дефектов, вы­ходящих на поверхность, за счет повышения контрастности инди­каторного рисунка, образующегося на дефектах, на фоне поля.

Контроль, осуществляемый методами капиллярной дефекто­скопии, заключается в следующем. Поверхность контролируемых деталей очищают от пыли, лакокрасочных покрытий, органиче­ских и других загрязнений, обезжиривают и сушат. На подготов­ленную поверхность наносят слой пенетранта и выдерживают не­которое время, чтобы жидкость проникла в открытую полость де­фекта (рис. 1, а). Затем жидкость удаляют с поверхности (рис. 1, б), но часть ее остается в полости дефекта.

Рис. 1. Схема контроля поверхности детали капиллярным методом с применением проявителя:

а – полость трещины заполнена проникающей жидкостью; б – жидкость удалена с поверхности детали; в – нанесен проявитель, трещина выявлена; 1 – деталь; 2 – полость трещины; 3 – проникающая жидкость; 4 – проявитель; 5 - индикаторный след трещины.

Чтобы повысить выявляемость дефектов, далее на поверхность детали наносят специальный проявитель (рис. 1, в) в виде быст­росохнущей суспензии (например, из каолина или коллодия) либо лаковое покрытие. Проявляющий материал (обычно белого цвета) вытягивает пенетрант из полости дефекта, что приводит к обра­зованию на проявителе индикаторного следа, который полностью повторяет конфигурацию дефекта в плане, но больше его по раз­мерам. Такие следы легко различимы даже без использования оп­тических средств. Степень увеличения размеров индикаторного следа тем больше, чем глубже расположен дефект, т. е. значитель­нее объем заполнившего его пенетранта, и больше времени прошло с момента нанесения проявляющегося слоя.

Физической основой методов капиллярной дефектоскопии слу­жит явление капиллярной активности, т.е. способность жидкости втягиваться в мельчайшие сквозные отверстия и открытые с од­ной стороны каналы.

При попадании жидкости в капиллярный канал ее поверхность искривляется, образуя так называемый мениск. Силы поверхно­стного натяжения стремятся уменьшить свободную границу ме­ниска, и в капилляре начинает действовать дополнительная сила, приводящая к всасыванию смачивающей жидкости. Глубина, на которую жидкость проникает в капилляр, прямо пропорциональ­на коэффициенту ее поверхностного натяжения и обратно про­порциональна радиусу капилляра. Иными словами, чем меньше радиус капилляра (дефекта) и лучше смачиваемость материала,

тем быстрее и на большую глубину жидкость проникает в капил­ляр.

Процесс контроля капиллярными методами складывается из следующих технологических операций: подготовка объекта к кон­тролю, обработка его дефектоскопическими материалами, выявле­ние дефектов и заключительная очистка объекта по окончании процесса.

Подготовка объекта к контролю заключается в удалении все­возможных загрязнений и лакокрасочных покрытий, обезжирива­нии и сушке контролируемой поверхности.

Для очистки поверхности применяют комбинацию способов механической обработки (шлифование, полирование, шабрение и др.) с последующей промывкой и протиркой легколетучими жидкими растворителями (скипидар, ацетон, бензин, спирт и др.). Способ очистки выбирают исходя из того, что он должен обеспе­чить удаление загрязнений из полости дефекта, не внося в нее новые.

Сварные швы и околошовные зоны обрабатывают абразивным кругом, а затем наждачной шкуркой разной зернистости. Такая механическая обработка позволяет удалить все неровности и сгладить выпуклость шва.

Однако в процессе очистки абразивная и металлическая пыль заполняет полости дефектов, а тонкий слой пластически деформи­рованного металла закрывает их. Поэтому после механической обработки поверхность должна быть протравлена, чтобы вскры­лись полости дефектов.

Обработка контролируемого объекта дефектоскопическими материалами заключается в заполнении полостей дефектов инди­каторной жидкостью, удалении ее избытка и последующем нане­сении проявителя.

В состав пенетрантов на водной основе входят люминофоры или красители, а также ингибиторы — вещества, замедляющие окислительные процессы. Такие пенетранты наиболее техноло­гичны, безопасны для здоровья операторов, не воспламеняются и легко удаляются с поверхности простым смывом. Однако с после­дним свойством пенетрантов связан их основной недостаток: при смыве удаляется часть жидкости и из полостей дефектов, что сни­жает чувствительность контроля. Поэтому пенетранты на водной основе применяют ограниченно.

Наиболее широко распространены пенетранты на основе различных органических жидкостей (керосин, скипидар, бен­зол, уайт-спирит и др.). Они требуют осторожности в обращении, но обеспечивают высокую чувствительность выявления дефектов.

Пенетрант целесообразно наносить с помощью пульверизато­ра или мягкой кистью. При этом продолжительность выдержки независимо от размеров выявляемых дефектов не должна превы­шать 5 мин.

В методах капиллярной дефектоскопии различают несколько способов выявления дефектов. При осуществлении порошкового («сухого») способа используют проявители в виде сухого белого сорбента (каолин, мел и др.), поглощающие индикаторный пенет­рант. «Мокрый» способ основан на применении проявителя в виде концентрированной суспензии, приготовленной из белого порошка, размешанного в летучем раствори­теле (керосин, бензол и др.), воде или их смесях.

При выявлении дефектов с помощью слоя краски или лака используют проявитель, представляющий собой пигментиро­ванный или бесцветный быстросохнущий раствор (например, коллодия), поглощающий индикаторный пенет­рант.

Пленочный проявитель в виде бесцветной или белой индика­торной ленты с проявляющим слоем, который поглощает индика­торный пенетрант и легко отделяется вместе с индикаторным сло­ем дефекта от контролируемой поверхности, технологичен и по­зволяет получать дефектограмму, анализировать ее отдельно от сварного соединения и сохранять как объективный документ кон­троля.

Самопроявляющий способ включает в себя два варианта. Бес­порошковый вариант связан с погружением сварного соединения в раствор органических кристаллов люминофора в летучем ком­поненте.

После извлечения соединения из индикаторной жидкости ра­створитель быстро испаряется, а кристаллы люминофора оседают на кромки дефекта. Эти кристаллы люминесцируют под действи­ем ультрафиолетового излучения. Чтобы устранить фоновое све­чение всего соединения, его обрабатывают в специальном раство­ре ингибитора, который гасит люминесценцию на поверхности, но почти не влияет на люминофор, проникший в капиллярные по­лости дефектов.

При осуществлении люминесцентной дефектоскопии исполь­зуют все указанные способы выявления дефектов. Проявление порошком или суспензией наиболее широко распространено в силу простоты процесса и доступности материалов, но наименее эффективно. Поэтому в люминесцентной дефектоскопии чаще всего применяют пленочный и самопроявляющий способы выяв­ления дефектов.

Для оценки условного уровня чувствительности используют тест-образцы с естественными или искусственными дефектами. Обычно тест-образцы содержат трещины, образовавшиеся при неправильном выбор режима шлифования.

Контролируемую поверхность со слоем проявителя сушат в потоке теплого воздуха, а затем дважды (через 5 и 20 мин после нанесения проявителя) производят ее осмотр, причем в случае осуществления люминесцентной дефектоскопии — при освеще­нии объекта ультрафиолетовым излучением, а в случае выполне­ния цветной дефектоскопии — при электрическом освещении или дневном свете. Освещенность на рабочем участке должна со­ставлять не менее 500 лк.

Осмотр производят невооруженным глазом, а при необходимо­сти — с применением луп, обеспечивающих малое увеличение (1,5х—2х) и большое поле зрения. Обнаруженный индикаторный след изучают с помощью оптических приборов.

Рисунок индикаторных следов и топография их расположения позволяют довольно уверенно судить о типе дефектов. Трещины любого происхождения, волосовины, заковы, неслитины, непровары, неспаи и оксидные пленки выглядят как четкие, иногда прерывистые, окрашенные или люминесцирующие линии разной конфигурации.

Растрескивание металла и межкристаллитная коррозия на уча­стках поверхности крупнозернистых сплавов выявляются в виде группы отдельных коротких линий или их сетки.

О наличии межкристаллитной коррозии на участках поверхно­сти мелкозернистых сплавов свидетельствуют пятна или размы­тые полосы.

Поры, язвенная коррозия, отдельные очаги межкристаллитной коррозии и эрозионные повреждения поверхности выявляются как отдельные точки или звездочки.

Индикаторный рисунок на поверхности сварного соединения может быть образован также различными допустимыми повреж­дениями или загрязнениями. В процессе контроля по дополни­тельным признакам необходимо отличить лжедефекты от истин­ных дефектов. Отбраковку сварных соединений осуществляют в тех случаях, когда число и размеры выявленных штрихов, линий и точек больше допустимых значений, установленных техничес­кими условиями.

По завершении контроля производят заключительную очист­ку сварного соединения от проявителя протиркой его поверхно­сти растворителями, промывкой и другими способами.

Аппаратура для выявления дефектов капиллярными методами представлена выпускаемыми промышленностью переносными и стационарными дефектоскопами различных типов. Наиболее пер­спективным является переносной аэрозольный комплект КД-40ЛЦ, предназначенный для контроля сварных соединений в по­левых, цеховых и лабораторных условиях цветным, люминесцен­тным и люминесцентно-цветным методами. Комплект включает в себя ультрафиолетовый облучатель КД-ЗЗЛ и разборные аэро­зольные баллоны, которые можно многократно заряжать дефек­тоскопическими материалами на зарядном стенде, также входя­щем в комплект. Баллоны объединены в три набора. В одном из них содержатся баллоны, подогреваемые электрическим током, что позволяет производить контроль при температурах окружаю­щей среды до -40 °С.

Для цветной дефектоскопии при небольшом объеме работ ис­пользуют переносные дефектоскопы ДМК-4 и ДАК-2Ц. Первый из них выполнен в виде чемодана с гнездами и секциями, в которых размещены принадлежности для контроля: емкости с расходными растворителями, краской и жидкостью, пеналы с кистями и лупы.

При контроле сварных соединений или узлов на стендах в це­хах и лабораториях широко применяют стационарные дефекто­скопы, позволяющие механизировать и автоматизировать ряд операций. Эти дефектоскопы снабжены рольгангами и транспор­терами для подачи контролируемых объектов, распылительными камерами, мощными осветителями и другими устройствами.

ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И ОБРАЗЦЫ

Для выполнения лабораторной работы потребуются:

• переносной дефектоскоп ДМК-4 с набором дефектоско­пических материалов (табл. 1);

• лупа с увеличением до 10^х и измерительной шкалой;

• сварные образцы с дефектами;

• тест-образцы с искусственными дефектами.

Таблица 1. Наборы дефектоскопических материалов, применяемых для капиллярного контроля сварных соединений.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовьте поверхности сварных образцов к капиллярному контролю.

1. Нанесите на контролируемые поверхности образцов индика­торную жидкость и удалите ее избыток.

2. Нанесите проявитель.

3. Установите наличие индикаторного следа на контролируе­мой поверхности сварного образца и определите его размеры с помощью лупы.

4. С применением тест-образцов с искусственными дефектами оцените условный уровень чувствительности метода, пользуясь табл. 2.

Таблица 2. Условные уровни чувствительности

ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Напишите отчет, в котором укажите название и цель работы, применяемое оборудование, материалы и образцы. Приведите ре­зультаты выявления дефектов с их эскизами и оценочные значе­ния условного уровня чувствительности метода контроля.

Сформулируйте выводы по результатам работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. На каком физическом явлении основаны методы капиллярной дефектоскопии?

2. Назовите известные вам составы дефектоскопических мате­риалов и их назначение.

3. Перечислите основные технологические операции капилляр­ного контроля.

4. Какое оборудование необходимо для осуществления капил­лярной дефектоскопии?

7