Дефекты сварки и причины их появления в сварных соедине­ниях металлов и пластмасс весьма разнообразны и характерны для каждого вида свариваемого материала.

Наличие дефектов в сварных соединениях может явиться причиной эксплуатационной непригодности изделия. Применяя различные методы контроля качества сварных соединений, можно выявить дефекты* и при возможности устранить их. Дефекты свар­ных соединений могут возникнуть в результате несоблюдения технологии подготовки свариваемых материалов и сборки изделия перед сваркой, нарушения технологических режимов сварки. Все виды дефектов можно разделить на дефекты внешние и вну­тренние. Дефекты могут носить макроскопический и микроскопи­ческий характер. Ультразвуковая сварка с точки зрения методов контроля качества сварных соединений может быть отнесена по многим признакам к контактной и дуговой сварке.

Характерными дефектами заготовок и сборки изделий под сварку являются неправильный угол скоса и разделки кромок в стыковых и угловых швах, непостоянство зазора между кром­ками по длине соединяемых изделий, несовпадение стыкуемых плоскостей кромок. При сварке ультразвуком металлов и пласт­масс нежелательно также какое-либо загрязнение свариваемых поверхностей, так как это приводит к дестабилизации процесса сварки. Можно лишь подтвердить, что в особых условиях техно­логической необходимости возможна сварка без снятия поверх­ностных пленок, покрытий, запыления и т. п. Но это должно быть специально оговорено в технологии процесса сварки с соот­ветствующим изменением режимов сварки и других необходимых мер, обеспечивающих надлежащее качество сварных соединений.

Внешний осмотр сварных швов является первым и необходи­мым условием предотвращения выпуска бракованной продукции. Он позволяет выявить искажение формы швов, трещины, непро­вары, относительное смещение деталей, избыточную деформацию, несовпадение кромок и т. п. Внешний вид сварных соединений должен быть однородным при сварке одних и тех же партий изде­лий. Сравнение цветов шва и основного материала позволяет в отдельных случаях судить о соблюдении технологического режима сварки.

После внешнего осмотра опытные партии изделий при необ­ходимости должны подвергаться механическим испытаниям на растяжение, ударный изгиб, твердость, испытаниям на вибро­прочность, ударную и усталостную прочность, переходные элек­трические сопротивления, климатическую стойкость в зависи­мости от технических требований (ТТ) на изделие.

Испытания на механическую прочность сварных соединений дают вполне объективную картину работоспособности и соответ­ствия ТТ на изделия. Наглядным примером могут служить данные, приведенные в табл. 6.8, 6.9. Весьма важно при этом провести статистическую обработку полученных материалов. После внеш­него осмотра сварного соединения в зависимости от назначения изделия и ТТ может проводиться проверка плотности сварного шва. Все способы проверки плотности сварного шва основаны на способности газов и жидкостей проникать через возникшие дефекты шва и реагировать на дефекты.

Испытания газом — воздухом. Для этого используется избы­точное давление в сосуде. Неплотности в сварных швах опре­деляются по спаду давления. Возможны испытания сжатым4 воздухом с обмазкой сварных швов мыльной водой; испытания с погружением изделия в воду, в этом случае дефекты сварных соединений определяются по появлению пузырьков воздуха на поверхности воды.

При испытании воздухом с добавлением аммиака (1 % от объема воздуха) чувствительность метода к выявлению неплотностей швов значительно возрастает. Это испытание заключается втом, что сварные швы покрывают бумажной лентой, пропитанной 5 %-ным водным раствором азотнокислой ртути или фенолфталеина. Бу­магу выдерживают под действием аммиака в течение 1—5 мин, за­тем снимают. Она является документом-химограммой шва.

Возможно определение дефектов швов вакуумированием, в том числе и местным.

В практике контроля сварных швов на непроницаемость используются течеискатели. Но аппаратура и методы для кон­троля сварных швов применяются в особо ответственных изде­лиях. Для обдува сварных швов используется гелий. В испытыва­емой камере создается вакуум. Гелий, проникший через дефекты сварного шва, попадает в масс-спектрометр. Для определения дефектов сварных швов галоидным течеискателем в сосуд подается воздух в смеси с галоидным газом, например фреоном-12, хлоро­формом и т. п. Наличие дефекта в шве регистрируется милли­амперметром.

Для выявления внутренних и наружных дефектов сварных соединений металлов и пластмасс возможно использование доста­точно большого числа технических средств и методов неразруша­ющего контроля, которые широко используются в промышлен­ности. Методы основаны на использовании электромагнитных волн, ультразвука и т. п. Приведем краткую их характери­стику [6 и др.1.

Инфракрасная дефектоскопия. Методы инфракрасной дефекто­скопии основаны на регистрации инфракрасного излучения, отра­женного или прошедшего через исследуемую среду. Контроль производится следующим образом. Поток инфракрасного излуче­ния направляется излучателем на изделие. Спектр излучаемого сигнала зависит от типа ИК-источника, оптических свойств исследуемого матер иа л а.

Возможность выявления дефектов и внутренней структуры материала основывается на зависимости между оптической плот­ностью исследуемого материала и интенсивностью прошедшей лучистой энергии. При таких испытаниях хорошо выявляются внутренние трещины, несплавления и пустоты диаметром около миллиметра и более.

Ультразвуковая дефектоскопия. Ультразвуковой контроль наи­большее применение, нашел благодаря простоте и высокой произ­водительности, надежности и универсальности. Он с успехом применяется для выявления внутренних и поверхностных дефектов как в сварных швах, так и в основном материале. Ультразвуковые испытания позволяют не только определять трещины, посторонние включения, но и прогнозировать долговечность ответственных деталей и конструкций из пластмасс.

В основе ультразвуковой дефектоскопии лежит способность ультразвука отражаться от поверхности раздела двух сред с раз­личной акустической плотностью, например от несплошностей, раковин, трещин и др. Для получения ультразвука используют генераторы маломощные, импульсные, являющиеся источниками переменного тока, и специальные излучатели. Основным элемен­том излучателя является пьезоэлектрический преобразователь.

Ультразвуковой контроль пластмасс отличается от контроля металлов. Во-первых, в пластмассах затухание ультразвука зна­чительно больше, чем в металлах. Например, коэффициент зату­хания ультразвука при частоте 2,5 МГц составляет для поли­метилметакрилата и полистирола соответственно 58 и 23 м~х, а для стали и дюралюминия 1 и 2 м“х. Таким образом, для кон­троля изделий из пластмасс, имеющих одинаковую с металлами толщину, требуется значительно большая акустическая мощность. Во-вторых, скорость ультразвука в пластмассах гораздо меньше, чем в металлах. Например, для полиметилметакрилата и полисти­рола скорость продольных волн составляет 2,67-10® и 2,35 X X 10® мм/с, а для стали и дюралюминия около 6-Ю® мм/с. Из-за уменьшения скорости ультразвука в пластмассах ультразвуковой луч в сварное соединение трудно ввести под нужным углом. Для увеличения угла ввода, позволяющего озвучивать сварной шов, можно применять ввод колебаний через воду. Водяная прослойка удерживается при помощи специального полиэтиленового пере­ходника.

Рентгенографическая дефектоскопия. Рентгенографический метод контроля состоит в том, что через исследуемый материал с различной структурой или дефектами пропускается рентге­новское излучение. Преобразовав прошедшее излучение в видимое изображение с помощью, например, фотопленки или специальных флюороскопических экранов, можно судить о внутреннем состо­янии изделия. Таким образом, можно выявить характер, границы, конфигурацию и глубину залегания дефекта. Чем больше плот­ность материала, чем больше он ослабляет излучение, тем более высокую контрастную чувствительность будет иметь рассматрива­емый способ контроля. Коэффициент ослабления излучения у боль­шинства пластмасс весьма мал. Повысить его можно уменьшением напряжения на трубке. Таким образом, основной особенностью рентгеновского контроля пластмасс является необходимость при­менения мягкого излучения при небольших напряжениях на электродах трубки.

Увеличение чувствительности рентгенографического способа, контроля может быть достигнуто при использовании в качестве приемников излучения сцинтилляционных счетчиков. Попадание рентгеновского излучения на активное вещество этих счетчиков приводит к появлению вспышек видимого или ультрафиолетового света. Использование вместе со сцинтилляционными счетчиками фотоэлектронных умножителей сделало возможным преобразовать информацию рентгеновского излучения о состоянии вещества в электрические сигналы. После усиления эти сигналы можно записать на электронном потенциометре, получив видимое изоб­ражение дефектов изделия.

Использование рентгеносцинтилляционного метода значи­тельно повышает чувствительность контроля пластмассовых изде­лий. Этот метод позволяет выявлять дефекты типа расслоений и трещин с малым раскрытием, расположенных перпендикулярно к направлению просвечивания. Поры, скопления пор, металли­ческие включения также выявляются с высокой степенью надеж­ности.

Капиллярные методы дефектоскопии. Они основаны на способ­ности жидкости проникать в поверхностные дефекты изделия; применяются для обнаружения всех типов поверхностных трещин, расслоений, течей в сварных соединениях металлов и пластмасс. К капиллярным методам относятся: люминесцентный, цветной (метод красок) и люминесцентно-цветной. В первом и третьем мето­дах применяют люминесцентные жидкости, которые высвечи­ваются под действием ультрафиолетовых лучей. Во втором методе в качестве проникающих жидкостей используются красящие жидкости.

Методика проведения контроля для всех капиллярных методов одинакова и состоит из следующих операций: обезжиривания поверхности изделия; нанесения на поверхность проникающей жидкости; нанесения проявителя; осмотра и расшифровки резуль­татов. Проникающую жидкость наносят погружением изделия в ванну, а также при помощи кисти или пульверизатора. При­меняя сухие и жидкие проявители, которые подобно промокатель­ной бумаге вытягивают проникающую жидкость из полости дефекта за счет абсорбции и распределяют ее на поверхности изделия в пределах небольшой области вокруг дефекта, можно получить его изображение. Окраска получаемых изображений дефекта зависит от вида проникающей жидкости. С помощью проникающих жидкостей возможен контроль сквозных отверстий на соединениях из полимеров небольшой толщины (от 0,5 до 0,3 мм).

Радиотехнические методы контроля. Они основаны на приме­нении радиволн сверхвысоких частот (СВЧ) — 1000 — 100 ГГц. Радиоволны хорошо проникают в диэлектрики. В этом случае не требуется контакта между зондирующим устройством и кон­тролируемым изделием. При наличии в изделии трещин, инород­ных включений и прочих дефектов радиоволны, отражаясь или проходя через них, меняют фазу (фазовый метод), амплитуду (амплитудный метод) или характер поляризации (поляризацион­ный метод).

В радиодефектоскопах используется как отражение радио­волн, так и затухание при прохождении их через изделие; в пос­леднем случае чувствительность метода выше. Существуют комби­нированные радиодефектоскопы для контроля пластмасс, в кото­рых одновременно используется радиотехнический и ультразвуко­вой методы.

Радиотехнические методы применяются для контроля сварных строительных конструкций, у которых швы не имеют грата. При контроле изделий из пластмасс выявляются трещины с раскры­тием более 0,1 мм и глубиной более 3 мм, непровары; особенно хорошо выявляются инородные включения.

Электростатический метод. Этот метод так же, как и капил­лярные методы, позволяет выявить поверхностные дефекты (тре­щины, поры, несплошности и др.) в сварных соединениях. Он основан на трибоэлектрическом эффекте, т. е. возникновении электростатического поля за счет трения. Метод прост, дешев, высокопроизводителен. Методика проведения контроля такая же, как при контроле с использованием проникающей жидкости. На поверхность очищенного изделия наносят жидкость, которая состоит из воды, смачивающего вещества и веществ, обеспечива­ющих слабую электропроводность. Через некоторое время по­верхности высушенного изделия опыляют порошком, частицы которого несут электрические заряды. При этом в жидкости, оставшейся в дефекте, происходит направленное перемещение ионов: если частицы порошка имеют положительный заряд, то отрицательные ионы жидкости будут перемещаться к вершине дефекта, а положительные ионы — к основанию дефекта. Далее напыленный порошок удаляют с поверхности изделия; при этом за счет кулоновского притяжения между положительными части­цами порошка и отрицательными ионами жидкости образуется видимое изображение дефекта.

Электроискровой метод контроля. Основан на электроизоля­ционных свойствах полимерных материалов. Если изделие из пластмасс поместить в пространство между электродами, к кото­рым приложена большая разность потенциалов (15—20 кВ), то в области дефекта в сварном соединении проскакивает искра, которая на приборе отображает дефектный участок в виде не­проваров, трещин, пор. Этот метод применяется для контроля швов в сварных соединениях тонких полимерных пленок.

Электролитный метод. Он основан на электроизоляционных свойствах пластмасс. Сварное изделие погружают в ванну с элек­тролитом (3 %-ный раствор поваренной соли) или электролит наносят на поверхность изделия. Наличие дефекта в сварном соединении обнаруживается по отклонению стрелки гальванометра при наложении на изделие электродов.

Тепловой метод контроля. Основан на изменении распреде­ления теплового излучения, испускаемого исследуемым изделием при наличии в нем дефекта. Он применяется для контроля листо­вых сварных соединений из полимерных материалов после снятия грата. Метод позволяет определить форму, размеры и места рас­положения больших дефектов типа нарушения сплошности. Схема контроля проста: с одной стороны изделия размещают источник нагрева — плазмотрон, лазер и др., ас другой — приемную аппара­туру повышенной чувствительности. Такая аппаратура дает возмож­ность представить картину распределения теплового излучения по

поверхности изделия в виде изображения на экране электронно­лучевой трубки или на фотобумаге; при этом выявляются дефекты.

В заключение следует отметить, что комплексное применение рассмотренных методов контроля обеспечивает выявление воз­можных дефектов сварного соединения и тем самым гарантирует безотказную работу сварных соединений из металлов и пласт­масс, выполненных ультразвуковой сваркой.

Техника безопасности. Из слышимых звуков утомляющее воздействие на слух человека оказывают звуки частотой 4— 5 кГц. При увеличении частоты звука слуховая чувствительность к нему ослабляется и, наконец, при частоте 16 кГц и выше органы слуха перестают воспринимать звуковые колебания в воздухе. Действие ультразвука на человека уже не будет определяться его восприятием через органы слуха. Практически при значениях общих уровней звуковых давлений в воздухе, не превышающих 120 дБ, вредное действие шумов ультразвуковых установок целиком определяется слышимой частью спектра.

Конструкция ультразвуковой сварочной установки должна исключать возможность случайного контакта людей с элементами схемы и деталями, находящимися под напряжением. Категори­чески запрещается работать на установке при неисправности блокировочного устройства ультразвукового генератора, а также со снятым кожухом машины. При необходимости прикасания к работающему волноводу следует применять перчатки.

Соблюдение требований безопасности обязательно для всех инженеров и административно-технических работников, а также обслуживающего персонала, связанного с эксплуатацией машин для УЗС. К обслуживанию машины могут быть допущены лица, прошедшие соответствующий инструктаж и ознакомленные с кон­струкцией и описанием машины.

Перед началом работы необходимо проверить наличие резино­вого коврика на рабочем месте, исправность заземления и бло­кировки генератора.

Запрещается работать при снятых стенках источника питания, касаться руками работающей колебательной системы, произво­дить замену колебательной системы без выключения машины. Квалификация электротехнического дежурного персонала, об­служивающего машину, должна быть не ниже IV квалифика­ционной группы по технике безопасности.

При изучении мер безопасности необходимо дополнительно руководствоваться указаниями по технике безопасности, приведен­ными в эксплуатационной документации на сварочную машину и ультразвуковой генератор.

Эксплуатация и ремонт машины должны производиться с соб­людением требований ГОСТ 12.2.077—82, ГОСТ 12.3.033—84, ГОСТ 12.1.033—81*, ГОСТ 12.1.001—83*.

[1] — подающие ролики; 2 — токоподаод; 3 — изолятор, 4 — трубка из и^раевнеющей стали; 5 — покрытие из окиси алюминия; 6 — опрапка. 7 — *лектроду~»— дуга;

9 — изделие

[2]

[3] Холопов Ю. В.