Применимые образцы и цели
Процесс применим к оценке макрогеометрии, структуры по зонам и распределения твёрдости стыковых и угловых соединений, выполненных сваркой плавлением (дуговая, лазерная, электронно-лучевая и др.). Цель — за одно приготовление образца выполнить контроль контура шва, микроскопическое наблюдение зон (основной металл, зона термического влияния, линия сплавления, металл шва) и линейное сканирование твёрдости поперёк соединения, чтобы комплексно оценить рациональность технологии сварки и найти слабые зоны.
Полный процесс
Отбор и резка
Поперечное сечение вырезают перпендикулярно оси шва; оно должно полностью содержать основной металл, зоны термического влияния с обеих сторон и весь металл шва. Крупные соединения режут прецизионным отрезным станком по частям с обильным охлаждением, чтобы структура не изменилась.
Запрессовка
Небольшие сечения запрессовывают целиком; соединения тонких листов можно зажимать с усилением по толщине. При запрессовке оставляют припуск на шлифовку, чтобы итоговая поверхность наблюдения прошла по центру поперечного сечения шва.
Шлифовка и полировка
Для макроконтроля поверхность доводят до P600~P1200; для микроконтроля продолжают до P2000 и полируют алмазом 3 мкм и 1 мкм. В многопроходных швах на границах валиков не должно оставаться царапин.
Макротравление
Травитель выбирают по материалу (для углеродистых сталей обычно 10% нитал или раствор персульфата аммония, для нержавеющих — электролитическое травление); протирают или погружают, пока контуры валиков, линия сплавления и граница зоны термического влияния не проявятся отчётливо. Так измеряют глубину и ширину проплавления, усиление шва и проверяют макронедостатки: несплавления, шлаковые включения, поры, трещины.
Микроскопическое наблюдение по зонам
После повторной точной полировки микроструктуру проявляют подходящим травителем (для углеродистых сталей — 4% нитал) и при 100×~500× наблюдают зоны: основной металл, зону термического влияния (крупнозернистая и мелкозернистая части), линию сплавления и металл шва; фиксируют тип структуры и состояние зерна в каждой зоне.
Линейное сканирование микротвёрдости
На полированной поверхности (твёрдость можно измерить до травления) микротвердомером выполняют линейное сканирование перпендикулярно линии сплавления; нагрузка обычно 1 кгс или 0.5 кгс, шаг отпечатков 0.5~1 мм (при узкой зоне термического влияния — плотнее, 0.1~0.2 мм). Линии сканирования обычно располагают примерно в 2 мм от поверхности и в корневой части, покрывая весь путь «основной металл — зона термического влияния — шов».
Обработка данных и заключение
Строят кривую распределения твёрдости, отмечают диапазоны по зонам, проверяют наличие пиков закалки или полос разупрочнения в зоне термического влияния и сравнивают с нормированными верхними пределами твёрдости для материала и технологии сварки.
Регистрация и отчёт
Отчёт содержит макрофотографии (с размерами проплавления), микрофотографии зон, кривые твёрдости и заключение; указывают способ сварки, марку материала и травитель.
Особенности наблюдения по зонам:
| Зона | Типичная структура | На что обратить внимание |
|---|---|---|
| Основной металл | исходная прокатная или кованая структура, зерно равномерное | полосчатая ликвация, включения, исходные трещины |
| Крупнозернистая часть зоны термического влияния | заметный рост зерна, часто мартенсит или бейнит | склонность к закалке, пики твёрдости, чувствительность к холодным трещинам |
| Линия сплавления | переход от основного металла к шву, признаки неполного расплавления | несплавления, шлаковые включения, микротрещины |
| Металл шва | литая структура столбчатых и дендритных кристаллов | ликвация, поры, шлак, кристаллизационные трещины |
Ключевые контрольные точки
- Сечение берите вне зон зажигания и обрыва дуги с аномалиями либо отбирайте их специально по цели контроля с пометкой.
- Макротравление и микроскопическое наблюдение требуют разного качества поверхности: сначала макро, затем повторная точная полировка и микро.
- Время травления — лучше короче: перетравливание размывает границу линии сплавления и мешает измерению проплавления.
- Линии сканирования твёрдости должны пересекать линию сплавления по нормали; при узкой зоне термического влияния (например при лазерной сварке) обязателен плотный шаг и меньшая нагрузка.
- Отпечатки не должны попадать на линию сплавления или недостатки; аномальные точки помечайте с пояснением, не отбрасывая.
- Для нержавеющих и разнородных соединений травители выбирают раздельно — одно травление не проявит всё сразу.
Типичные отклонения и меры
- Контур шва проявляется плохо: перешлифуйте, смените травитель или примените электролитическое травление.
- Пропущен пик твёрдости крупнозернистой зоны: уплотните отпечатки по обе стороны линии сплавления с шагом до 0.1 мм.
- Зоны после травления неразличимы: сначала ориентируйтесь на малом увеличении, затем наблюдайте зоны на большом.
- Большой разброс кривой твёрдости: проверьте плоскостность и шаг отпечатков, добавьте параллельные линии и усредните.
- Соединение тонких листов сошлифовано насквозь: уменьшите съём, зажмите несколько пластин и начните с более тонкой бумаги.
Ссылочные стандарты
- ISO 17639 Испытания металлических материалов сварных соединений на разрушение. Макро- и микроисследование швов
- GB/T 26955 Испытания металлических материалов сварных соединений на разрушение. Травители для макро- и микроисследования швов
- GB/T 2654 Методы испытания твёрдости сварных соединений
- GB/T 4340.1 Металлические материалы. Определение твёрдости по Виккерсу. Часть 1. Метод испытания
- GB/T 13298 Методы металлографического исследования микроструктуры металлов
Выше приведён пример методики для обсуждения метода и технологической проработки, а не фактические данные заказчика; конкретный план контроля, места отбора и приёмочные пределы определяются по оценке образца и согласованным сторонами регламентам.
Учебные материалы MICROCRE · режим уточняйте по оценке образца и регламенту работ.