Чем измеряют размеры грата сварного шва

Геометрические размеры сварного шва

Закристаллизовавшийся отрезок расплавленного металла, образовавшийся в месте соединения двух металлических деталей или конструкций – это классический сварочный шов, который имеет определенные геометрические размеры как в сечении, так и по длине. Они зависят от типа соединения, метода выполнения сварки, геометрии разделки торцевых кромок соединяемых изделий и некоторых других факторов. Эти элементы сваренных деталей делятся на два вида: стыковые и угловые. Их не следует путать с типами сварочных соединений, которые классифицируются как стыковые, угловые, тавровые и внахлест.

Во всех таких конструкциях присутствуют рабочие швы, на которые действуют основные нагрузки соединения. От правильного расчета этих элементов соединения зависит прочность всей конструкции в целом. На качество сварки влияет множество факторов, в том числе и геометрические характеристики, такие как ширина, длина, вогнутость, выпуклость и другие особенности стыковки деталей. Для соединенных под прямым углом деталей, основным геометрическим параметром является размер катета сварного шва, от которого зависит прочность сварки.

Нормативные документы

Основными документом, регламентирующими геометрию сварочных швов является ГОСТ 5264-80, по которому и рассчитываются главные геометрические характеристики, с использованием математических формул. Размеры сечения и длинны по ГОСТ 5264-80 зависят от вида соединения, толщины деталей конструкции, геометрии обработки торцевых кромок. Кроме того при расчете геометрических параметров сварочных соединений учитываются и другие нормативные документы: СНиП II-23-81, инструкции и технические регламенты. Среди всех геометрических характеристик сварных швов основными являются минимальная длина, ширина, глубина, размер катета и некоторые другие.

Геометрические характеристики

Как уже было сказано выше, геометрия швов зависит от вида соединения. Основные геометрические размеры сечений стыковых и угловых сварочных швов представлены на следующем рисунке:

На геометрические размеры влияет тип соединения и толщина свариваемых изделий. Эти показатели приведены в следующей таблице.

Таблица с типами сварных соединений

Из представленной информации понятно, что все геометрические размеры сварных швов и соединяемых деталей связаны между собой. Особняком стоит длина этих элементов сварных конструкций. Она зависит только от нагрузки на соединение и совершенно не зависит от геометрии сечения шва. Минимальная длина сварного шва должна обеспечивать прочность соединения, при превышении максимального значения общей нагрузки на 20%. Часто проварка изделий осуществляется по всей длине контакта, но во многих случаях сварка выполняется короткими отрезками, обеспечивающими необходимую прочность соединения. Для строительных конструкций расчет длины сварного шва по СНиП II-23-81 осуществляется исходя из этих критерий.

Расчет геометрии стыкового шва

Методика проверки швов для этого вида полностью расписана в следующих нормативных документах: СНиП II-23-81 п.11.1 и СП 16.13330.2011 п.14.1.14. В этих документах представлены разные способы расчета, но все они являются производными от следующей математической формулы:

Формула расчета геометрии стыкового шва

При таком виде соединения оно проваривается на всю длину контакта, следовательно длина шва равна длине стыков свариваемых деталей, уменьшенной на 2t, удвоенную толщину металла. Ширина шва зависит от формы разделки кромок и толщины деталей. Схемы расчетных варианты соединений встык показаны на следующих рисунках.

Схемы расчетных варианты соединений встык

Если в ходе сварочных работ используются материалы в соответствии с приложением 2 СНиП II-23-81 в расчет не производится, только осуществляется визуальный контроль качества выполненных соединений.

Расчет геометрии углового шва

Расчет геометрических размеров угловых сварных швов при воздействии нагрузки, проходящей по оси центра тяжести производится по выбранному сечению, наиболее опасному в этом соединении. Это может быть расчет по сечению металла шва или границ сплавления материалов. На ниже приведенном рисунке представлены оба сечения.

Схема геометрии углового шва

В таком виде сварных соединений действуют напряжения различного характера, но доминирующей нагрузкой является срезающая сила. Проверка угловых сварных швов производится по следующим формулам.

Формула расчета по металлу шва

Формула расчета по границе сплавления

где N – максимальная сила растяжения или сжатия; βf и βz – табличные коэффициенты для стали; kf – длина катета сварного шва; lw – длина; Rwf – расчетное сопротивление на срез; Rwz – то же но в зоне сплавления; γс – табличный коэффициент условий эксплуатации; γwf и γwz – то же, но для разных условий эксплуатации.

Главной геометрической характеристикой всех угловых швов является размер их катета, т. е. толщина по границам сплавления. Размер катета зависит от толщины деталей, материала и способа сварки. Выбрать значение этого геометрического параметра можно в нижеприведенной таблице.

Таблица минимальных катетов углового шва

Для стальных конструкций с предельными характеристиками текучести материала выше 590 Н/кв.мм или толщине соединяемых деталей свыше 80 мм, значение минимального размера катета следует брать в специальных ТУ.

Для конструкций четвертой группы, размер катета углового шва следует сокращать на 1 мм для деталей с толщиной не более 40 мм и уменьшать на 2 мм для деталей толще 40 мм.»

Инструменты для контроля размеров швов

Измеритель геометрических параметров сварных швов – это специализированный инструмент, с помощью которого можно произвести замер основных характеристик этих элементов сваренных конструкций. Среди всего разнообразия таких измерительных инструментов можно выделить следующие группы изделий: шаблоны, универсальные измерители и устройства, специализированные на замере одного параметра. В набор профессионального сварщика состоит из нескольких таких инструментов, позволяющих произвести замер как подготовленных к сварке деталей, так и самого сварного шва.

Заключение

Выше представленная информация актуальна для соединений, выполненных с использованием ручной электродуговой сварки. Размеры сварного шва при полуавтоматической сварке рассчитываются по другим методикам. Следует заметить, что все геометрические размеры сварных швов жестко завязаны на толщину свариваемых деталей и максимальную нагрузку, которую должна выдержать вся конструкция!

Источник

Методика проведения контроля качества сварных соединений

Внешний вид и размеры сварных соединений

Внешний вид сварных соединений определяют визуально без применения увеличительных приборов путем сравнения оцениваемого соединения с контрольным образцом, а также путем измерения наружного сварочного грата с точностью ±0,1 мм.

Измерения швов проводят как минимум в двух противоположных зонах по периметру шва.

Контроль ширины и высоты наружного грата осуществляют штангенциркулем по ГОСТ 166. Допускается использование шаблонов с проходным и непроходным размерами.

Для контроля симметричности валиков наружного грата по ширине производят замер их с помощью измерительной лупы ЛИ-Зх. Затем рассчитывают отношение замеренных размеров с округлением до целого значения процента. Расчет симметричности валиков наружного грата по высоте производят аналогично.

Для измерения смещения кромок может использоваться специальный шаблон. Схема измерения смещения кромок показана на рисунке 29. Шаблон устанавливают по образующей одной из труб, прижимая его к трубе в околошовной зоне. Из-за смещения кромок при этом на другом конце опорной площадки шаблона наблюдается его подъем над поверхностью трубы. С помощью щупа производят замер зазора между поверхностью заготовки и пяткой шаблона. Далее рассчитывают отношение (в процентах) измеренного абсолютного значения смещения кромок к номинальной толщине стенки трубы. Расчет производят с округлением до целого значения процента.

Рис. 17. Измерение смещения кромок при помощи шаблона

3.2.Ультразвуковой контроль сварных соединений

Ультразвуковой контроль сварных стыковых соединений осуществляют в ручном, механизированном или автоматизированном вариантах, а также в соответствии с требованиями ГОСТ 14782.

При проведении ультразвукового контроля следует применять:

— ультразвуковые эхо-импульсные дефектоскопы общего назначения отечественного или зарубежного производства, рассчитанные на рабочую частоту ультразвука в диапазоне от 1 до 5 МГц или специализированные дефектоскопы;

— стандартные образцы предприятия (СОП) с эталонными отражателями для настройки параметров контроля, размеры которых в зависимости от диаметра и толщины стенки контролируемого газопровода определены в приложении С;

— пьезоэлектрические преобразователи на рабочую частоту в диапазоне от 1 до 5 МГц, работающие по совмещенной, раздельно совмещенной, раздельной или комбинированной схемам.

Применяемое для проведения ультразвукового контроля оборудование должно быть сертифицировано в установленном порядке и одобрено Госгортехнадзором России.

Ультразвуковой контроль сварного стыкового соединения должен проводиться при температуре околошовной зоны стыка не выше 30 °С.

Перед проведением контроля околошовные поверхности сварного стыкового соединения тщательно очищаются от грязи, снега и т.п. Ширина зоны очистки определяется конструкцией применяемых пьезоэлектрических преобразователей и технологией контроля.

Настройку чувствительности контроля осуществляют при температуре, соответствующей температуре окружающего воздуха в месте проведения контроля.

Сварное стыковое соединение считается «не годным», если в нем обнаружены:

— дефекты, амплитуда отраженного сигнала от которых превышает амплитуду сигнала от эталонного отражателя в СОП на браковочном уровне чувствительности;

— дефекты, амплитуда отраженного сигнала которых превышает амплитуду сигнала, отраженного от эталонного отражателя в СОП на поисковом уровне чувствительности, если условная протяженность дефекта или количество дефектов превышают нормативные значения.

Критерии оценки качества дефектов находятся в таблицах приложения Г.

3.3.Испытания сварных соединений на осевое растяжение

Испытания выполняют на образцах-лопатках типа 2 по ГОСТ 11262.

Образцы-лопатки изготавливают механической обработкой из отрезков сварных соединений длиной не менее 160 мм. Допускается для труб с номинальной толщиной до 10 мм включительно вырубать образцы штампом-просечкой.

Из каждого контролируемого стыка вырезают (вырубают) равномерно по периметру шва не менее пяти образцов.

При изготовлении ось образца должна быть параллельна оси трубы. Толщина образца должна быть равна толщине стенки трубы. Сварной шов должен быть расположен посередине образца с точностью ±1 мм. Образцы не должны иметь раковин, трещин и других дефектов. Схема изготовления образцов-лопаток для испытания на осевое растяжение приведена на рис. 18.

Рис. 18. Схема вырезки образцов из сварного соединения для испытания

На осевое растяжение

Перед испытанием образцы кондиционируют по ГОСТ 12423 при температуре (23±2) °С не менее 2 ч.

Испытания проводят при скорости раздвижения зажимов испытательной машины, равной (100±10) мм/мин для образцов труб с номинальной толщиной стенки менее 6 мм и (25±2,0) мм/мин для образцов труб с номинальной толщиной стенки 6 мм и более.

Испытание на растяжение производится на любой разрывной машине, обеспечивающей точность измерения нагрузки с погрешностью не более 1% измеряемого значения, мощность которой позволяет разорвать образцы (усилие от 5000 до 10000 Н) и которая имеет регулируемую скорость.

При испытании определяют характер (тип) разрушения образца, а также относительное удлинение при разрыве и предел текучести при растяжении.

Испытание на растяжение производят не ранее чем через 24 ч после сварки.

3.4.Испытания муфтовых соединений на сплющивание

Для определения стойкости муфтовых соединений к сплющиванию подготавливаются патрубки с расположенными по центру муфтами, изображенные на рис.19. Длина патрубка и количество образцов, изготавливаемых из каждого патрубка, должны соответствовать таблице 21.

Рис. 19. Общий вид образцов-сегментов

Номинальный диаметр труб с , мм	Длина свободной части образца , мм, не менее	Количество образцов из одного патрубка, шт.	Угол сегмента, град.
20-7	3
90-125	2
140-225

Не ранее чем через 24 ч после сварки производят разрезание сварного муфтового соединения вдоль оси на испытательные образцы-сегменты в диаметральном сечении.

Испытания проводят при температуре (23±5) °С. При указанной температуре образцы выдерживают не менее 2 ч.

Для испытаний применяют механизированный процесс, обеспечивающий сближение плит со скоростью (100±10) мм/мин; допускается использование пресса со скоростью сближения плит (20±2) мм/мин.

Подготовленный к испытанию образец устанавливают между обжимными плитами пресса так, как показано на рисунке 20. Затем осуществляют сближение обжимных плит до тех пор, пока расстояние между ними не сократится до удвоенной толщины стенки трубы.

Рис. 20. Схема испытания образцов-сегментов на сплющивание

Допускается проведение испытаний с использованием обжимных плит без округления кромок. В этом случае в начале испытания расстояние от торца соединительной детали до торца губок должно быть (20±3) мм.

При согласовании с заказчиком допускается испытание образцов соединений труб диаметром до 63 мм включительно производить в слесарных тисках по ГОСТ 4045 плавным деформированием образца.

После снятия нагрузки образец извлекают из пресса или тисков и визуально осматривают, определяя наличие отрыва трубы от муфты или соединительной детали.

В случае если на части длины шва обнаружен отрыв трубы или соединительной детали от муфты, штангенциркулем по ГОСТ 166 измеряют длину части шва, не подвергнутой отрыву, и расстояние между крайними витками закладного нагревателя в зоне сварки в пределах одной трубы, которое принимают за длину шва.

Длина шва, не подвергнутая отрыву при сплющивании , %, определяется по формуле

,

где — длина шва, не подверженная отрыву, мм;

— длина зоны сварки (длина шва) в пределах одной трубы, определяемая по расстоянию между крайними витками спирали закладного нагревательного элемента, мм.

Для удобства измерения допускается дополнительное разрезание образца любым режущим инструментом в продольном и поперечном направлениях.

3.5.Испытания седловых отводов на отрыв

Испытания на отрыв проводят на образцах седловых отводов, сваренных с полиэтиленовыми трубами с номинальным наружным диаметром от 63 до 225 мм, в зависимости от типоразмера седлового отвода. Длина полиэтиленовой трубы (патрубка) принимается равной длине седелки. Перед испытанием образцы кондиционируют при температуре (23±2) °С не менее 2 ч.

Допускается для упрощения фиксации образца в испытательной машине производить срезание хвостика седлового отвода, а также укорочение горловины (отводящего патрубка).

Испытания проводят при температуре (23±2) °С.

Для проведения испытаний возможно использование машин для испытания на сжатие типа ИП6010-100-1 с наибольшей предельной нагрузкой 100 кН. Испытательная машина должна быть снабжена оснасткой, изготовленной по чертежам, утвержденным в установленном порядке, и обеспечивающей приложение нагрузки по одной из двух схем испытания, приведенных на рис. 21.

Рис. 21. Схемы испытания седлового отвода на отрыв

Внутрь полиэтиленового патрубка испытываемого образца для передачи усилия вводят металлический сердечник, наружный диаметр которого определяется по таблице 22.

Нагружение испытываемого образца проводят со скоростью (100±10) мм/мин до полного отрыва корпуса седелки от полиэтиленовой трубы или до деформации деталей узла соединения, вследствие чего испытательная нагрузка снижается до нуля.

Допускается проведение испытания со скоростью (20±2) мм/мин.

Диаметр трубы, мм	Диаметр сердечника, мм
63 11	49,5-0,1
75 17,6	64,7-0,2
75 11	59,3-0,2
90 17,6	77,7-0,2
90 11	70,7-0,2
110 17,6	95,5-0,2
110 11	87,5-0,2
125 17,6	108,7-0,2
125 11	99,3-0,2
140 17,6	121,9-0,2
140 11	111,5-0,2
160 17,6	139,0-0,2
160 11	127,0-0,2
180 17,6	156,4-0,2
180 11	143,0-0,2
200 17,6	174,0-0,2
200 11	159,0-0,2
225 17,6	196,0-0,2
225 11	179,0-0,2

3.6.Испытания стыковых соединений на статический изгиб

Испытания на статический изгиб выполняют на образцах-полосках, размеры которых приведены в таблице 23.

2. Контроль качества сварного соединения полученного

сваркой труб соединительными деталями

с закладными нагревателями

1. Провести визуальный контроль полученного сварного соединения.

2. Разметить и разрезать сварное муфтовое соединение вдоль оси на испытательные образцы-сегменты

3. Испытать подготовленные образцы на прессе, со скоростью сближения плит (20±2) мм/мин..

4. Снять нагрузку, образец извлечь из пресса и визуально осмотреть, определяя наличие отрыва трубы от муфты или соединительной детали.

5. Штангенциркулем измерить длину части шва, не подвергнутой отрыву, и расстояние между крайними витками закладного нагревателя в зоне сварки в пределах одной трубы.

6. Рассчитать длину шва, не подвергнутую отрыву при сплющивании , %, данные внести в табл. 25.

7.По полученным результатам построить зависимость от параметров процесса сварки.

8.Испытания на отрыв седлового отвода провести на машине для испытания на сжатие типа ИП6010-100-1 с наибольшей предельной нагрузкой 100 кН.

Результаты измерений

Вопросы для самопроверки:

1.Что обозначает SDR?

2.Назовите обязательные методы контроля сварных соединений?

3. Назовите специальные виды контроля?

4. Назовите НТД контроля качества сварных соединений?

5. Назовите критерии оценки качества групп дефектов?

6. Дайте определение дефекта сварного соединения?

7. Какие дефекты бывают в сварном шве?

8. Основная причина образования пор?

9. Основная причина образования трещин?

10. Основные причины образования несплавления?

11. Основная причина образования непровара?

12. Основные причины образования швов неправильной формы?

13. На какие две основные группы делятся методы контроля по воздействию на материалы?

14.Чем выявляют дефекты формы шва и его размеры?

Оценка внешнего вида сварных стыков соединений

Оценка внешнего вида сварных стыков соединений
Краткое описание	Критерии оценки	Соблюдение параметров сварки	Графическое изображение и внешний вид соединения
1. Хороший шов с гладкими и симметричными валиками грата округлой формы	Размеры наружного грата и внешний вид шва соответствуют требованиям 8.11 настоящего Свода правил	Соблюдение всех технологических параметров сварки в пределах нормы
2. Брак. Шов с несимметричными валиками грата одинаковой высоты в одной плоскости, но различной в противоположных точках шва	Различие по высоте более 50% в противоположных точках шва	Превышение допустимого зазора между торцами труб перед сваркой
3. Брак. Малый грат округлой формы	Величина наружного грата по высоте и ширине меньше верхних предельных значений, приведенных в таблице 23 настоящего Свода правил	Недостаточное давление при осадке шва или малое время прогрева
4. Брак. Большой грат округлой формы	Величина наружного грата по высоте и ширине больше верхних предельных значений, приведенных в таблице 23 настоящего Свода правил	Чрезмерное время прогрева или повышенная температура нагревателя
5. Брак. Несимметричный грат по всей окружности шва	Различие по высоте и ширине валиков грата по всей окружности шва превышает 40%	Различный материал свариваемых труб или деталей (ПЭ 63 с ПЭ 80) или различная толщина стенки труб ПЭ 80 с ПЭ 100
Продолжение табл.26
6. Брак. Высокий и узкий грат, как правило, не касающийся краями трубы	Высота валиков грата больше или равна его ширине	Чрезмерное давление при осадке стыка при пониженной температуре нагревателя
7. Брак. Малый грат с глубокой впадиной между валиками	Устье впадины расположено ниже наружной и выше внутренней образующих труб	Низкая температура нагревателя при недостаточном времени прогрева
8. Брак. Неравномерность (асимметричность) валиков грата	Различие по высоте валиков грата в одной плоскости более 40% с одновременным смещением образующих труб более 10% толщины стенки	Смещение труб относительно друг друга
9. Брак. Неравномерное распределение грата по периметру шва	Высота грата в месте неравномерного выхода больше его ширины, впадина между валиками грата нечетко выражена или отсутствует. В противоположной точке шва грат имеет размеры, меньшие на 50% и более	Смещение нагревателя в процессе прогрева
10. Брак. Шов с многочисленными наружными раковинами по всему периметру с концентрацией по краям грата с возможными следами поперечного растрескивания	Многочисленные раковины, расположенные вплотную друг к другу	Чрезмерная температура нагревателя, значение которой выше температуры деструкции данной марки полиэтилена

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Оценка внешнего вида седловых отводов с закладными нагревателями	Графическое изображение и внешний вид соединения
Краткое описание	Критерии оценки	Соблюдение параметров сварки
1. Хоро- шее соеди- нение, отвод плотно облегает поверх- ность трубы	Гладкая поверх- ность отвода без искривле- ний и зазоров	Соблюдение технологических операций и параметров сварки в пределах нормы
2. Брак. Зазор между охваты- вающей частью седлового отвода и трубой	Более 0,3 мм	Чрезмерная обработка поверхности трубы или недостаточное усилие прижатия отвода
3. Брак. Темпера- турная деформ ция наружной поверх- ности отвода	Появле- ние гофра на поверх- ности	Чрезмерное время нагрева или напряжение питания

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Оценка внешнего вида седловых отводов с закладными нагревателями	Графическое изображение и внешний вид соединения
Краткое описание	Критерии оценки	Соблюдение параметров сварки
1. Хорошее соединение, деталь плотно охватывает концы свариваемых труб	Гладкая поверхность детали без видимых зазоров	Соблюдение технологических операций и параметров сварки в пределах нормы
2. Брак. Зазор между охватывающей частью детали и трубой	Более 0,3 мм	Чрезмерная обработка поверхности трубы или эллипсность трубы
3. Брак. Непараллельность (искривление осей трубы и детали)	Более 2,0 мм на длине =3	Недостаточное заглубление концов труб внутрь детали или деформация соединения до его остывания
4. Брак. Частичное появление расплава полиэтилена по торцам детали	Не допускается	Сдвиг трубы в процессе сварки или смещение спирали
5. Брак. Индикаторы сварки в исходном положении	Не допускается	Недостаточное время сварки или недостаточное напряжение, подаваемое на спираль детали
6. Брак. Местное расплавление поверхности детали	Не допускается	Чрезмерное время нагрева или напряжение питания

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Критерии оценки качества группы дефектов

(Извлечение из методики ультразвукового контроля качества сварных стыковых соединений полиэтиленовых газопроводов АО «ВНИИСТ»)

Источник