Wady przetopów i usprawnienie obserwacji i kontroli

Właściwości mechaniczne i pęknięcia spawów

Nie tylko materiały podstawowe, ale również spoiny, które je łączą (ściegi spawalnicze i przetop) są materiałami metalicznymi, w których materiały wypełniające (takie jak pręty i druty spawalnicze) zostały stopione i zestalone.
Na przykład podczas typowego spawania łukowego, struktura metalu ulega ciągłym zmianom nie tylko w metalu spoiny, ale również w częściach materiałów podstawowych, na które oddziałuje ciepło spawania. Wraz z tą zmianą, ciągłym zmianom ulegają także właściwości mechaniczne materiałów metalicznych. Z drugiej strony, wzmocnienie powstające na powierzchni ściegu spawalniczego ma nieciągłości. Koncentracja nieciągłości prowadzi do zmian własności mechanicznych, powodując tym samym pęknięcia z powodu koncentracji naprężeń.

Projektowanie wytrzymałościowe i jakość spawania

W projektowaniu wytrzymałościowym wyrobów metalowych materiały są zazwyczaj dobierane poprzez założenie obciążenia, jakie ma być zastosowane do wyrobów, i określenie obciążenia, jakie ma być zastosowane do każdego materiału metalicznego. W projektowaniu wytrzymałościowym należy również uwzględnić obciążenia działające na spoiny każdego materiału, które określają jakość spawania.
Dlatego ważne jest, aby sprawdzać jakość spawania na podstawie projektu wytrzymałościowego, mierząc na przykład grubość spoiny (lub przekrój spoiny, wielkość przekroju poprzecznego ściegu spawalniczego po spawaniu), długość boku spoiny i głębokość przetopu. Jakość spoin można ocenić poprzez makroskopowe pomiary przekrojów poprzecznych po spawaniu.

Głębokość i wady przetopu

Głębokość przetopu jest ściśle związana z wytrzymałością połączenia. Wszelkie wady przetopu na spoinach, takie jak niewłaściwe relacje pomiędzy głębokością przetopu a materiałem podstawowym, będą miały duży wpływ na jakość i wytrzymałość spawania. Poniżej opisano typowe wady przetopu na przykładzie spawania doczołowego.

Niewystarczający przetop

Wada wynikająca z niewystarczającej ilości przetopu w stosunku do jego wymaganej głębokości z powodu takich czynników, jak zastosowanie zbyt małej ilości ciepła do stopionego metalu. Na rysunku pokazano przykład spawania pachwinowego zakładkowego. W przypadku spawania doczołowego wada ta łatwo występuje na dnie rowków. W przypadku połączenia trójnikowego cienkiej blachy (poziomego pachwinowego) przetop uważa się za niewystarczający, jeżeli jego głębokość wynosi poniżej 20% cienkiej blachy.

Niekompletne połączenie

Wada polegająca na braku penetracji części metalu podstawowego przez stopiony metal. Na rysunku pokazano przykład połączenia trójnikowego cienkiej blachy (poziome pachwinowe). Wada ta jest spowodowana na przykład przez zastosowanie do stopionego metalu i wstępnego przepływu stopionego metalu zbyt małej ilości ciepła. W przypadku spawania obwodowego jest to również spowodowane tym, że poprzedzające i następcze ściegi są przenoszone do spawania zakładkowego przed ich wystarczającym wtopieniem.

Spawanie z pełnym przetopem, spawanie z częściowym przetopem i ich wytrzymałość

Różne rowki powodują również różne wzorce wtopienia, co prowadzi do różnic w wytrzymałości spoin.

Spawanie z pełnym przetopem

Spawanie z pełnym przetopem to metoda spawania, w której rowek materiału podstawowego zostaje połączony i zatopiony w stopionych materiałach łączących (spoiwie i drucie spawalniczym), podobnie jak w przypadku spawania doczołowego.
W projektowaniu wytrzymałościowym uważa się, że spoiny z pełnym przetopem są wysoce niezawodne, ponieważ mają taką samą granicę plastyczności jak materiał podstawowy. Z drugiej strony wymagają wysokiej jakości spawania. Szczególną uwagę należy zwrócić na końce spoin, aby zapobiec powstawaniu wad, takich jak podcięcia spoin. Ważna jest również kontrola i regulacja wzmocnienia, ponieważ na nadmiernym wzmocnieniu koncentrują się naprężenia, powodując pęknięcia lub inne tego typu problemy.

Spawanie z częściowym przetopem

Spawanie z częściowym przetopem to metoda, w której w materiale podstawowym tworzony jest częściowy rowek. W tej metodzie, materiał podstawowy jest spawany tylko częściowo, podczas gdy spawanie z pełnym przetopem obejmuje całą grubość blachy materiału podstawowego. Chociaż na ogół stosuje się spawanie z pełnym przetopem, w niektórych przypadkach wymagane jest spawanie z częściowym przetopem, np. gdy łączone sekcje przeplatają się ze sobą ze względu na konstrukcję i sposób wytwarzania materiałów.

Należy jednak zachować ostrożność podczas spawania z częściowym przetopem w miejscach, do których przykładany jest moment zginający lub siła rozciągająca, ponieważ wytrzymałość tego typu spawania jest często niewystarczająca. Dlatego też, szczególnie ważne jest projektowanie wytrzymałościowe spoin, jak również pomiar i kontrola, czy wymiary rzeczywistego przetopu, takie jak grubość spoiny, spełniają warunki projektowe.

Obrazy o wysokiej rozdzielczości 4K, które wyraźnie pokazują granicę między przetopem a materiałem podstawowym

Przekroje poprzeczne spoin czasami utrudniają ocenę i pomiar z powodu niskiego kontrastu granic spoin zarówno po stronie przetopu, jak i materiału podstawowego.

Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX może wyraźnie uchwycić krawędzie dzięki obrazom o wysokiej rozdzielczości 4K. Nawet w przypadku przekrojów poprzecznych spawów pachwinowych na zakładkę, w których granica pomiędzy spoiną a materiałem podstawowym jest trudna do odróżnienia, można obecnie szybko i wyraźnie zaobserwować wyraźne krawędzie graniczne, różnice w strukturze metalu oraz obszary wadliwe.
Obserwacje te eliminują pomyłki w pomiarach przestrzennych przetopu i skracają czas pracy przy jednoczesnej poprawie dokładności kontroli.

Poprawa wydajności pomiaru wymiarów spawów

Pomiar przestrzenny przekrojów poprzecznych spoin jest ważną kontrolą związaną z wytrzymałością i jakością. Jednak ocena punktów pomiarowych jest trudna ze względu na niski kontrast pomiędzy materiałem bazowym a szwami. Ponadto, wymagane jest wizualne dopasowanie do pamięci i ręczne wprowadzanie uzyskanych wartości, co powoduje problemy związane z błędami ludzkimi i skomplikowaną obsługą.

Dzięki obrazom o wysokiej rozdzielczości 4K na monitorze, które wyraźnie przedstawiają granice spoin, mikroskop cyfrowy 4K serii VHX umożliwia pomiar 2D takich elementów jak długość boku spoiny, jej głębokość i głębokość przetopu poprzez proste kliknięcie punktu do pomiaru. Można łatwo i w krótkim czasie wykonać nawet bardzo dokładne pomiary rzędu submikronowego, co pozwala na znaczne skrócenie czasu pracy.
Ponadto, najnowsza funkcja automatycznego wykrywania krawędzi zapobiega różnicom między punktami pomiarowymi u różnych operatorów. Ponadto, szeroki zakres potrzeb kontrolnych jest zaspokajany dzięki funkcji, która umożliwia użytkownikom powtarzanie pomiarów przestrzennych poprzez wybór zmierzonych i zapisanych danych z albumu.

Pomiar przetopu

Pomiar wymiarów 3D i kształtu 3D ściegów spawalniczych

Szwy spawalnicze mają ciągłe nierówne kształty. Jeśli na powierzchni szwu występują (nieciągłe) wady, takie jak niewystarczające wzmocnienie, nadlewki, podcięcia, wżery i pęknięcia, nie można uzyskać zamierzonych właściwości mechanicznych i może dojść do pęknięć.

Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX pozwala natychmiast połączyć wiele punktów ogniskowania za pomocą prostej operacji i umożliwia oglądanie ostrego obrazu oraz pomiary przestrzenne 3D obiektów o nierównych powierzchniach. Dodatkowo, dzięki wyświetlaniu kształtu 3D szwów spawalniczych, można nie tylko swobodnie kontrolować kształt pod różnymi kątami, ale także mierzyć profil dowolnego przekroju. Ponieważ można analizować kształty i chropowatość, można również badać odpryski, pęknięcia i podobne problemy na powierzchni materiału podstawowego wokół szwu spawalniczego.

Natychmiastowe tworzenie raportów z pomiarów i kontroli

Dotychczas operatorzy musieli radzić sobie nie tylko ze skomplikowanymi pomiarami i kontrolami, ale także z dużym nakładem pracy związanym z tworzeniem raportów.
Mikroskop cyfrowy 4K serii VHX jest wyposażony w funkcję raportów. W urządzeniach serii VHX, podobnie jak na komputerze, można również zainstalować program Excel. Wcześniejsze skonfigurowanie szablonów umożliwia natychmiastowe wprowadzanie nie tylko powiększonych obrazów wraz z wymiarami, ale również wartości pomiarowych i ocen pozytywnych/negatywnych. Takie szablony znacząco zmniejszają wysiłek i liczbę roboczogodzin wymaganych do tworzenia raportów.