Стилоскопирование. Определение химического состава сварного шва для увеличения прочности изделия

Выполнение сварных швов требует обязательного соблюдения установленных правил. Это условие распространяется на все сварные соединения – в строительстве, машиностроении и других отраслях экономики.

1. Нормативная база
2. Определение
3. Специальные руководящие документы
4. Неразрушающее стилоскопирование металла шва: применение технологии

Поэтому для контроля качества швов разрабатываются особые способы, позволяющие вовремя обнаружить нарушение технологии и предотвратить серьезные проблемы – например, разрушение здания или производственную аварию.

Однако нужно учитывать, что контроль качества сварного соединения обычно выполняется на уже готовом продукте. Поэтому применение разрушающих методов контроля делает шов непригодным для использования по назначению. Поэтому для проверки надежности соединения необходимо прибегать к неразрушающим способам, позволяющим сохранить характеристики металла в местах швов и обеспечить их прочность после выполнения контроля. Одним из ключевых методов, применяемых для этих целей, становится стилоскопирование сварных конструкций.

Что такое стилоскопирование сварных швов, в чем суть данного метода

Существует несколько методов, применение которых позволяет выявлять мелкие дефекты шва перед использованием. Один из самых доступных – стилоскопирование, в основе которого лежит спектральный анализ. Способ направлен на выявление количества легирующих примесей в сварном шве. Иными словами, можно определить химический состав металла в месте соединения.

Выполнение проверки

Процедура определения химического состава металла путем стилоскопирования производится в следующей последовательности:

• Выбираются соединения в разных местах конструкции (днище, фланцы, патрубки). Если однотипные швы варили несколько сварщиков, то места для проверки назначаются по каждому сотруднику отдельно.
• Участок шва должен быть зачищен в размере 20 х 20 мм. Это производится металлической щеткой.
• Одновременно удаляются следы масла и окалины.
• Головка аппарата подносится к изделию на расстояние 5 мм и происходит касание электродом шва. Зажигается электрическая дуга.
• Чтобы свет попадал в щель устройства, головку удерживают перпендикулярно проверяемой поверхности.
• Для определения спектра можно задерживать дугу на изделии на 10-15 с.
• В случае неудовлетворительного результата происходит повторная проверка на большем количестве швов, чтобы определить масштаб работ по переделке соединений. Если проверка второй степени показывает отсутствие легирующих веществ в нужном количестве, то проверяются все соединения подобного типа.

Области применения

Контролю подвергаются любые изделия, выполненные из легированной стали (в ее состав, помимо стандартных примесей, вводят специфические элементы для достижения желаемой прочности, стойкости и других показателей. К таким элементам относится хром, азот, никель и др).

Химический состав шва проверяют у любых емкостей и труб, которые впоследствии будут подвергаться воздействию высокого давления и химически агрессивных сред.

Метод актуален для тех производств, где важно четкое соблюдение состава сплавов. Он не используется на небольших частных предприятиях, металлоконструкции которых не нуждаются в высоком уровне контроля.

Способы контроля качества сварного шва

Существуют разнообразные виды и средства технического контроля, все они имеют свои достоинства и недостатки, особенности и нюансы. Но несмотря на различия все они призваны, чтобы устроить швам испытание на прочность и долговечность. Качество сварных соединений во многом зависит от сварщика и используемых комплектующих, так что итог контроля можно предсказать. Но мы все равно рекомендуем проводить контроль качества, чтобы быть уверенным, что изделия прослужат долго.

Качество сварных соединений можно узнать путем визуального осмотра (пожалуй, самый распространенный метод), ультразвукового, магнитного, капиллярного и радиационного (радиографического) контроля, также осуществляется контроль сварных швов на проницаемость. Есть и другие методы контроля сварных швов, но мы в этой статье перечислим самые распространенные и простые в применении. Рекомендуем выполнять пооперационный контроль качества, т.е. сначала осмотреть шов, затем провести капиллярный контроль и так далее. Впрочем, обо всем по порядку.

Визуальный контроль

Начнем с визуального контроля. Это наиболее простой и быстрый способ узнать качество сварных швов. Вам не понадобятся специальные приборы или жидкости, достаточно вашей внимательности. Тщательно осмотрите сварное соединение: не должно быть видимых дефектов вроде трещин и сколов, шов должен иметь одну ширину и высоту на всех участках. Внешний контроль сварочных швов позволяет также проверить наличие или отсутствие непроваров, наплывов, неравномерных складок шва. Все это дефекты, обнаружив которые можно смело говорить о низком качестве соединения. Для более эффективного контроля качества сварных швов мы рекомендуем использовать мощную лампу и лупу, также нелишним будет рулетка или линейка, штангенциркуль. С помощью таких простых приспособлений вы сможете замерить размеры дефектов и понять, что с ними делать в дальнейшем.

Технология

Процедура проверки несложная, но требует наличия специального оборудования и определенных навыков оператора.

Используемое оборудование

Стилоскоп – оборудование, которое позволяет провести стилоскопирование. Бывает двух типов: стационарный (используется в лаборатории) и переносной (подходит для производств).

Независимо от размера, они очень похожи и обладают рядом идентичных узлов.

Главный элемент стилоскопа – электрод, основной функцией которого является зажигание дуги на изделии. Чаще всего его изготавливают из стали, вольфрама или меди и устанавливают на головку прибора. При помощи шлифовального круга (реже токарного станка) конец электрода необходимо затачивать, чтобы он корректно работал. Специалист должен иметь при себе целый набор сменных электродов, потому что замеры можно производить только один раз, после чего они нуждаются в очередной коррекции.

Второй основной элемент стилоскопа – генератор, подсоединенный к корпусу. Благодаря ему, на сам стержень подается ток, который, в свою очередь, возбуждает дугу. От нее исходит свет, который, проходя через пары металла, проникает в щель. Ее ширина в зависимости от типа прибора колеблется от 0,01 до 0,02 мм.

Один из ключевых элементов стилоскопа – ряд линз, благодаря которому, можно определить точный химический состав примесей.

Трехлинзовая система, или фотометрический клин имеет разные фокусные расстояния. Он сначала принимает пучок света на две призмы, который затем отражается и направляется в объектив окуляра. Такая система, как правило, сменная и имеет разную степень увеличения.

Порядок проведения процедуры

Алгоритм действий:

1. Поверхность шва зачищают, убирая с него шлак, пыль и частички металла.
2. Образец располагают возле электрода.
3. Зажигают разряд.
4. Оператор отмечает, какой именно цвет спектра был у разряда (от красного до фиолетового).
5. В специальном атласе стилоскопа отмечены все возможные области.
6. Благодаря таблицам в атласе, можно определить соответствие точной концентрации примесей и яркости свечения.
7. Опыт следует проводить несколько раз для получения более точного результата.

Специальные руководящие документы

Технология проведения проверки целостности объекта методами такого контроля может существенно различаться с учетом следующих факторов:

• материал, из которого изготовлен объект;
• размер анализируемого объекта;
• наличие сварных соединений, подвижных деталей и других особенностей;
• сфера применения оборудования или детали;
• другие факторы.

В зависимости от перечисленных причин для проверки объекта может применяться тот или иной метод контроля. Для целей унификации процедуры в рамках различных сфер деятельности разрабатываются специальные руководящие документы.

Преимущества и недостатки метода

Метод широко распространен, благодаря ряду положительных аспектов:

1. Способ абсолютно безопасен и для его применения необходимо соблюдать только правила электробезопасности.
2. Целостность изделия после проведения анализа сохраняется. Работу диагностируемого оборудования можно не останавливать.
3. Цена процедуры относительно невысока.
4. Портативный стилоскоп легко можно разместить рядом с рабочей поверхностью, благодаря небольшим габаритам.

Несмотря на то что метод прост и безопасен, его применение затрудненно из-за некоторых недостатков:

1. Сложность подготовки и обучения специалистов. В среднем занимает от 2 до 6 месяцев.
2. При стилоскопировании нельзя выявить наличие углерода и серы, которые способствуют разрушению шва.
3. Свечение дуги оказывает на сетчатку глаз негативное влияние. Его можно снизить, используя специальные защитные очки.
4. Использовать данный метод можно только в помещениях, оборудованных вентиляцией, иначе газы способны нанести вред дыхательной системе оператора.

Нормативная база

Методики и технологии, применяемые в стилоскопировании, определены на законодательном уровне. Однако ситуация в этой области совсем недавно претерпела серьезные изменения. Они были связаны с реализацией проекта регуляторной гильотины, предполагающего масштабный пересмотр действующей нормативной базы на предмет упразднения дублирующихся, избыточных и устаревших требований. Этот процесс коснулся и такой узкой области как контроль надежности сварной конструкции, включая швы.

До недавних пор общий порядок выполнения процедуры такого контроля установлен положениями приказа Ростехнадзора от 21 ноября 2016 года N 490. Этот нормативный документ определял общие условия, в которых применяется метод, безопасный для анализа, а также определяет правила выполнения соответствующих работ. Список основных способов неразрушающего контроля и типовые технологии их использования приводился в межгосударственном стандарте ГОСТ 18353-79. Этот стандарт содержал около десяти разных позиций. Кроме этого, в нем указывалось, что этот список может быть дополнен другими способами проверки целостности объектов.

Но в связи с реализацией принципа регуляторной гильотины оба этих правовых акта были упразднены. Список действующей нормативной документации, применяемой при стилоскопировании любого типа сварной конструкции, включая детали и швы, сейчас выглядит так:

• приказ Ростехнадзора от 1 декабря 2022 года N 478, утверждающий правила применения методик и методов неразрушающего контроля на объектах, входящих в состав опасных промышленных сооружений;
• национальный стандарт ГОСТ Р 56542-2019, содержащий классификацию видов и методов неразрушающего контроля разных типов конструкций, включая швы. В 2015 году для этих целей был принят национальный стандарт ГОСТ Р 56542-2015, однако впоследствии он был заменен более современным документом, отвечающим актуальному состоянию промышленности и производства;
• руководящий документ РД 26.260.15-2001, посвященный стилоскопированию основных и сварочных металлов, а также готовых продуктов, изготавливаемых с их использованием;
• все еще действующий государственный стандарт СССР ГОСТ 7122-81, который устанавливает нормативные требования для свариваемых швов, а также наплавленных металлов;
• межгосударственный стандарт ГОСТ 34347-2017, содержащий требования к параметрам, которым обязаны отвечать сварные аппараты и сосуды.

Стоит отметить, что основной нормативный акт, посвященный стилоскопированию, будет иметь ограниченный срок действия. Приказ № 478, который устанавливает требования к качеству металла, применяемого для сваривания швов, и другие нормативы в этой области, будет применяться до 1 января 2027 года. Согласно новому принципу формирования законодательной базы, утвержденному Правительством, ограниченный срок действия большинства нормативных актов позволит осуществлять своевременный пересмотр их положений и обеспечивать их соответствие текущему положению дел в отрасли.

Порядок проведения контроля

От корректной подготовки оборудования зависит достоверность анализа. Перед процедурой стилоскопирования сварных швов необходимо правильно заточить электродную иглу на токарном станке или шлифовальном круге. В полевых условиях, когда у оператора нет заранее подготовленных электродов, перед каждой пробой кончик правят напильником.

Этапы проведения проверки:

• из общего объема работ каждого из сварщиков выбирают участки контроля сварных швов размером 20х20 мм;
• зачищают швы до блеска металлической щеткой, чтобы устранить окалину;
• фиксируют оборудование в удобном положении, чтобы свет дуги попадал в щель анализатора;
• маркируют контрольные точки стыков, делают соответствующие отметки в картах контроля;
• выставляют головку аппарата на расстоянии 5 мм, перпендикулярно анализируемой поверхности;
• разжигают дугу, касаясь металла электродной иглой;
• наводят резкость окуляра, визуально оценивают спектр испаряющихся паров по атласу контроля, для этого дугу удерживают в течение 10–15 секунд;
• фиксируют результат в журнале;
• на основании анализа составляется итоговый протокол исследований.

Если при стилоскопировании в сварном шве обнаружены вредные примеси, проводится дополнительный анализ еще в трех точках.