Что значит неравномерное распределение грата по периметру

Что такое грат, способы его удаления и предотвращение образования в процессе сварки

В результате сварки металла образуется грат, который представляет собой расплавленный материал, застывающий в виде потеков. Поскольку металл обладает в жидком состоянии высоким поверхностным натяжением при одновременно низкой вязкости, зачастую просто невозможно удалить его излишки с помощью струи вспомогательных газов. Особенно часто грат образуется при разрезании лазером нержавеющей стали, обладающей высокой температурой плавления.

Удаление грата с наружной поверхности при сварке труб не представляет особой сложности и производится с помощью резаков, которые располагаются позади сварочной клети. Для удаления грата с внутренней поверхности труб, которая является более труднодоступной для обрабатывающего инструмента и, одновременно, затрудненным контролем качества процедуры, изобретено множество способов, отличающихся друг от друга эффективностью, стоимостью и технологией.

Механические способы: закатка и срезание грата

Закатка грата

Этот процесс происходит с помощью роликовой головки, перемещающейся по наплыву и разглаживающей его. Схема устройства довольно простая. На стойке, прикрепленной к станине гладильной клети формовочного станка, закрепляется тяга. Тяга соединяется таким образом, чтобы была возможность исключить ее смещения. К тяге посредством штифтового соединения монтируется корпус головки, оснащаемой двумя опорными и одним раскатывающим роликом.

Раскатка производится при нагревании сварной шовной зоны приблизительно до +600 °С. Такая температура дает возможность сохранить пластичность грата, избегая прилипания его частиц к роликам. Если температура будет ниже +500 °С, грат не будет растягиваться по внутренней поверхности трубы, а начнет вдавливаться в нее, нарушая структуру металла и вызывая в итоге микротрещины, что в свою очередь снижает прочность и повышает риск возникновения аварийной ситуации в процессе эксплуатации трубы.

Недостатками данного метода являются:

• пониженная прочность шва;
• неравномерность устранения грата и изменение толщины трубы;
• ускоренный износ подшипников роликов, как результат воздействия высоких температур.

Существует еще одна разновидность механизма, работающего по принципу, сходному с гратозакатывающим. Такие установки относятся к вибрационным и осуществляют своеобразное заклепывание грата. Под воздействием бока и при нагревании до температуры 1300 — 1350 °С, ролики не только раскатывают, но и расплющивают грат. Стоимость такого оборудования выше из-за большей конструкционной сложности, нежели в случае применения гратозакатывающих устройств первого типа. Вибрационные установки менее точные, требуют длительного и тщательного настраивания.

Удаление грата срезанием

Гратосниматели, оснащенные головкой с резцами нашли более широкое использование в промышленности. Конструкция их в большинстве случаев сходна с описанной выше гратозакатывательной машиной. Головка с резцами закрепляется в неподвижной стойке через тягу. У этих устройств основным недостатком является недостаточная степень поджатия резца к поверхности. Разные компании выходят из этой ситуации с помощью различных усовершенствований. Так, к примеру, гратосниматель Crownprince оснащается соплами, по которым в нижнюю часть подается воздух, обеспечивающий создание воздушной прослойки между корпусом головки и поверхностью трубы. За счет давления воздуха происходит увеличение нажима резцовой головки на грат.

Unated States Steel (американская компания) предлагает подвижную систему опускания и подъема резца с использованием для этой целигидравлического цилиндра, осуществляющего перемещение роликовой тележки, и рычажного механизма, соединяющего тележку с резцовой головкой посредством шарнира.

Термический метод удаления грата

Существуют модели гратоснимателей, использующие для удаления наплывов метод сжигания металла в струе кислорода. Штанга таких гратоснимателей состоит из двух труб: внутренней, служащей для подачи кислорода, и наружной. Между двумя трубками осуществляется подача воды, которая необходима для охлаждения штанги. Штанга заканчивается головкой, оснащенной штуцерами со сменными соплами и прижимным механизмом, состоящим из роликового упора, пружины пластинчатого типа и рычага. Роликовый упор обеспечивает необходимую величину зазора между поверхностью и соплами.

Сжигание грата происходит одновременно со сваркой. Для полноценного сгорания грата нужно, чтобы скорость процесса сгорания была такой же, как и скорость сваривания металла. Если подача кислорода уменьшается, грат сгорает не полностью. Это является одним из недостатков термического удаления грата. Другой, не менее существенный недостаток — налипание капель расплавленного металла на головку, что вызывает быстрое ее изнашивание.

Электрический и электрохимический способы гратоудаления

При пропускании электрического разряда между двумя электродами, расположенными по обе стороны грата, происходит его расплавление. Сам процесс электрокоррозии протекает в жидких средах, выбор которых зависит от того, насколько мощный заряд необходим. Весьма малопродуктивный метод, характеризующийся большим износом инструмента и низкой стабильностью.

Электролитический способ осуществляется при подаче под давлением приблизительно в 1,5 МПа раствора NaCl. Труба играет роль анода, а вводимый в зону грата стержень — катода. Растворение грата происходит при подаче электрического тока. Скорость растворения весьма низкая и таким образом можно обрабатывать в минуту швы длиной не более чем 0,2 м.

Как избежать образование грата?

Лучший метод избавления от грата – предотвращение его образования в ходе сварки. Для этого применяются подложки, которая с внутренней стороны трубы прижимается с помощью штанги и пружин в том месте, где происходит сваривание. Как вариант подложки может быть применен также газовый подпор с использованием инертного газа (аргона), подающегося через сопла газопроводящей трубки, находящейся внутри свариваемой трубы. Однако в этом случае есть вероятность возникновения пористости шва и других его дефектов, чего не наблюдается при использовании подложки.

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.

Подготовленные для ультразвукового контроля поверхности непосредственно перед проведением прозвучивания стыкового соединения покрываются слоем контактирующей жидкости. В качестве контактирующей жидкости в зависимости от температуры окружающего воздуха следует применять: при положительных температурах — специальные водорастворимые гели типа «Ультрагель», обойный клей, глицерин, при отрицательных температурах окружающего воздуха — моторные масла, разведенные до необходимой концентрации дизельным топливом. При применении глицерина и моторных масел поверхность трубы после проведения ультразвукового контроля должна быть очищена и обезжирена.

Контроль качества стыкового соединения проводят на двух уровнях чувствительности — браковочном и поисковом. Поисковая чувствительность отличается от браковочной на 6 дБ.

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

Оценка качества стыковых сварных соединений полиэтиленовых газопроводов производится по альтернативному признаку — «годен» или «не годен».

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

1 — патрубок со сварным соединением; 2 — расположение образцов

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

1 — обжимные плиты; 2 — испытываемый образец

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

а — отрыв при растяжении;

б — отрыв при сжатии

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.

Размер образца	Длина пролета между роликовыми опорами	Толщина траверсы
Толщина	Ширина	Длина
3 2	Т, ºС	Разогрев, сек	Давление, МПа

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.

9. Нагружение испытываемого образца проводить со скоростью (20±2) мм/мин до полного отрыва корпуса седелки от полиэтиленовой трубы. В таблицу 25 занести разрушающую нагрузку и описать характер разрушения .

Результаты измерений

№ пп.	Материал заготовок	Размеры заготовок до сварки	Режим сварки	Длина шва не подвергнутая отрыву, мм	Длина шва, мм	, Сс, %	Разрушающая нагрузка, Н	Характер разрушения	Внешний вид сварного соединения Примечание
Толщина, см	Средний диаметр, см	Площадь, см 2	Т, ºС	Разогрев, сек	Давление, МПа

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