Металлографические исследования сварных соединений
Металлографическое исследование сварных соединений позволяет на образцах, вырезанных из шва, установить структуру металла и качество сварного соединения, выявить наличие и характер дефектов. Исследование производится на ограниченном количестве образцов и применяется главным образом для лабораторно-исследовательских работ.
Металлографическое исследование сварных соединений производится для определения макро- и микроструктуры. Для исследования из сварного соединения вырезается образец таких размеров, чтобы в него вошли сварной шов, зона термического влияния и основной металл, не подвергавшийся влиянию тепла. Обычно размер образца (щлифа) не превышает 50 - 100 мми зависит от толщины металла и режима сварки. Вырезка образцов из сварных соединений производится вдоль или поперек шва механическим способом без нагрева. Методика изготовления шлифов образцов сварных соединений общая для всех металлографических исследований; она заключается в шлифовке, полировке и травлении специальными реактивами поверхности исследуемого металла.
Металлографическое исследование сварных соединений начинают с определения макроструктуры (увеличение до 20 раз); определяют форму сварного шва, характер проплавления, расположение слоев при многослойной сварке, характер и размеры зоны термического влияния слоев и шва в целом, наличие дефектов сварки - непровара, газовых и шлаковых включений и трещин. Микроструктура (увеличение 50 - 2000 раз) дает представление о размерах зерен, оксидных и сульфидных включениях, микропорах и трещинах.
Металлографическое исследование сварных соединений желательно дополнять химическим анализом и измерением твердости.
Металлографические исследования сварных соединений проводят для установления структуры металла, качества сварного соединения, выявляют наличие и характер дефектов. По виду излома устанавливают характер разрушения образцов, изучают макро- и микроструктуру сварного шва и зоны термического влияния, судят о строении металла и его пластичности.
При этом методе можно обнаружить окислы на границах зерен, пережог металла, частицы неметаллических включений, величину зерен металла и другие изменения в его структуре, вызванные термической обработкой. При необходимости делают химический и спектральный анализ сварных соединений.
Данный вид контроля включает исследование макро- и микроструктуры и осмотр изломов сварных соединений. Исследование изломов швов производят невооруженным глазом или с помощью лупы. По виду и цвету поверхности свежего излома определяют наличие непроваров, раковин, пор, шлаковых включений, а также пластические свойства наплавленного металла.
Мелкозернистый волокнистый серый излом, без блеска характеризует хорошую пластичность и высокую ударную вязкость металла. Крупнокристаллический блестящий излом указывает на хрупкость и низкую ударную вязкость металла. Исследование макроструктуры заключается в изучении макрошлифов сварного шва.
Макрошлифы— образцы, вырезанные из сваренных пластин и изделий в направлении поперек или вдоль шва и отшлифованные наждачной бумагой № 00.
Исследуемая поверхность образца обычно включает полное сечение наплавленного металла шва с прилегающими к нему зонами термического влияния и основного неизменившегося металла. Поверхность макрошлифа промывают спиртом и травят специальными реактивами, после чего осматривают невооруженным глазом или с помощью лупы при увеличении до 10.
Для травления стали применяются следующие реактивы:
• 10—12%-ный раствор двойной соли хлорной меди и хлористого аммония;
• 25%-ный раствор азотной кислоты;
• раствор, состоящий из10%соляной кислоты, 30% серной кислоты и 60% воды и др.
Макроисследования выявляют следующие дефекты сварки:
• непровары,
• трещины,
• поры,
• шлаковые включения,
• крупнозернистость основного и наплавленного металла,
• неоднородность структуры металла и другие.
На протравленной поверхности отчетливо видны границы и размеры основных зон сварного шва: наплавленного металла; термического влияния; основного неизмененного металла; участка сплавления основного металла с наплавленным; отдельные слои наплавленного металла. Для получения документальных данных макроструктуры фотографируют.
Местные скопления серы в металле(даже при содержании ее до 0,04%), которые часто приводят к трещинам, можно определить по специальным отпечаткам. Для этого лист бромосеребряной фотобумаги выдерживают 8 мин. в 5%-ном растворе серной кислоты и затем накладывают на макрошлиф. По истечении 3 мин его снимают и по коричневым точкам и штрихам на фотобумаге судят о количестве серы. Отпечаток затем закрепляют в 10%-ном растворе гипосульфита. Сталь склонна к трещинообразованию, если на отпечатке сера расположена в виде вытянутых строчек или больших местных скоплений.
Микрошлифы изготовляются и обрабатываются так же, как и макрошлифы, но их поверхность дополнительно полируется на полировальном станке.
Травление черных металлов производят следующими реактивами:
• 5%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте;
• 4%-ным раствором пикриновой кислоты в этиловом спирте;
• пикратом натрия и др.
Медь травят:
• 10%-ным раствором персульфата аммония в воде;
• 8%-ным раствором двухлористой меди в аммиачном растворе и др.
Для травления алюминия применяют:
• водный раствор едкого натра при концентрации от 1 до 20%;
• раствор из 10 см3 плавиковой кислоты;
• 15 см3 соляной кислоты и 30 см3 воды.
Микроисследования выявляют:
• структуру металла, а следовательно, и его свойства во всех зонах сварного шва.
Характерные структуры фотографируются.
Наиболее часто обнаруживаются такие дефекты сварки:
• микропоры;
• шлаковые включения;
• непровары,
• микротрещины;
• нитриды (соединения железа с азотом в виде продолговатых игл), снижающие пластичность металла;
• окисные пленки по границам зерен наплавленного металла при его пережоге;
• карбиды — соединения железа и других элементов с углеродом — в сталях аустенитного класса (выпадение карбидов хрома уменьшает сопротивляемость коррозии нержавеющей стали);
• укрупненные зерна феррита или наличие видманштеттовой структуры, которые свидетельствуют о перегреве металла и его низких механических свойствах;
• отбеливание при сварке чугуна; структуры закалки (троостит и мартенсит) при сварке легированных и углеродистых сталей.
Измерение твердости позволяет подтвердить данные микроисследований о характере структур металла шва и оценить его механические свойства. Твердость замеряется при помощи прибора Роквелла на макрошлифах через каждые 1—2 мм в направлении от верхних слоев металла к нижним, а также в перпендикулярном направлении с таким расчетом, чтобы пересечь все зоны шва. Результаты измерений приводятся в виде графиков и таблиц. Металлографические исследования позволяют наиболее тщательно контролировать качество металла швов, но связаны с разрушением сварных соединений.