Выбор метода контроля качества

Качество сварных соединений из пластмасс определяется соответствием установленным нормам требования для заданных условий их эксплуатации, также требования к качеству основных и вспомогательных материалов, также качество подготовки свариваемых элементов под сборку и сварку.

Что бы в полной мере ценить качество сварного соединения из пластмассы, нужно провести некоторые испытания на кратковременную и длительную нагрузки, в том числе в рабочей среде, что бы определить механические и физические показатели соединений, а также влияние разных дефектов соединения на эти показатели.

Основными признаками влияния дефектов на сварное соединение, являются: геометрические размеры дефектов, их форма, положение в шве, массовость. Самые распространенные виды дефектов сварных соединений пластмасс являются: искажение геометрических размеров шва, непровары, трещины, перегрев материала, несплавления, коробление сварного шва после усадки при сварке ориентированных материалов, поры при термоконтактной сварке. Помимо этого при сварке пленок распространенными дефектами являются: прожоги, структурное изменения шва и околошовной зоны, подвергающихся термическому воздействию.

Несоответствие шва геометрическим размерам в большинстве случаев являются несоответствие сварщика технологии сварки. При уменьшении размера сварного шва снижаются прочностные характеристики шва, а увеличение этих размеров влечет за собой нерациональное использование материала. Причинами нарушения геометрии шва могут быть также неравномерный контакт свариваемых поверхностей, несовпадение кромок, не правильно выставленный зазор, неравномерное оплавление свариваемых поверхностей.

Непровар обусловлен отсутствием сварного шва по всей площади контактирования сварочных деталей. Одним из признаков непровара является расслоение отдельных участков шва. В большинстве случаев такой дефект как непровар внешним осмотром трудно обнаружить. Для того, чтобы обнаружить этот дефект нужно провести механические испытания. Также непровар выявляются некоторыми методами физического контроля и контроля на герметичность сварного соединения.

Причиной непровара может быть отсутствие полного контакта соединяемых поверхностей в процессе нагревания, что происходит при недостаточном давлении или его колебаниях в процессе изотермической выдержки, при не правильном выставлении зазор между рабочими поверхностями нагретых инструментов и свариваемыми деталями. Также не правильно подобранная температура сварочного инструмента может стать причиной непровара, малая продолжительность нагрева, а также наличие на свариваемых поверхностях молекул газа, воды, тонких жировых пленок и др.

Трещины при сварке пластмасс чаще всего образуются из-за избытка сварочного давления при ограниченном объеме, в котором будет расширяться материал зоны сварного шва. Также перегрев нагревательного инструмента может стать причиной трещины.

Серьезное превышения температуры нагретого инструмента может привести к снижению механических показателей термопласта в зоне сварки, образованию несплошностей, трещин. Сварное соединения с такими дефектами не подлежит восстановлению. Если не обеспечить компенсацию значительного изменения линейного размера сварочной зоны, то в процессе охлаждения это также может привести к трещине. При сварке пленок образование трещин характеризуется охрупчиванием материала в результате длительного пребывания при высоких температурах на вохдухе.

Из-за неплотного контакта поверхностей, выставления не правильных зазоров, чрезмерных технологических пауз, не достаточного давления осадки, могут образоваться несплавления. Несплавление материалов также наблюдается при выполнении пересекающихся швов пластмасс. В данном случае несплавления характеризуются структурными изменениями материала в околошовной зоне предыдущего шва, это резко снижает способность материала к образованию качественного сварного соединения. Предотвратить такой дефект возможно при химической или механической обработке зоны термического влияния. Т.к. большинство пленок получают экструзией, для них характерен такой дефект как: значительная усадка в направлении ориентации и, как следствие коробление и образование складчатой поверхности в околошовной зоне. Места контакта складок со сварочным швом представляют собой очаги, где чаще всего образовываются  трещины и разрывы полимерной пленки. Что избежать данных дефектов в ходе сварки следует прикладывать растягивающие напряжения вдоль сварного шва, а также применять теплоотводящие прижимы в околошовной зоне.

Длительное присутствие на воздухе оплавленных деталей перед их соединением, служит причиной образования такого сварного дефекта как поры. Также причиной такого дефекта может служить недостаточная осадка, неспособная выдавить поры за зону контакта. Поры которые располагаются в рабочем сечении шва, создают наибольшую опасность для сварного стыка.  В зависимости от температуры окружающей среды, места концентрации и размера пор может наблюдаться хрупкое или пластическое разрушение по зоне сплавления.

При сварке нагретым газом с присадочным материалом не правильно подобранная присадка, высокая температура сварочного инструмента, приводящая перегреву присадки или основного материала, наличие пор в присадке и т.д. также может служить причиной образования пор.

Образование пор можно избежать соблюдая несколько правил таких как: тщательный подбор и соблюдение температурного режима сварки, выбор оптимальной скорости и давления, снижение температуры сварки (применение растворителей, термоультрозвукого способа).

При сварке пленок может наблюдаться такой дефект как мелкое сквозное отверстие в сварном шве. Основной причиной возникновения данного дефекта является высокая электризуемость большинства полимерных пленок, из-за чего под действием электростатических сил к поверхности пленок притягиваются разные микрочастицы или пылинки, в том числе и органического происхождения, которые могут вдавливаться в материал в процессе сварки либо выгорают. Это служит нарушению сплошности сварного соединения. Поэтому помещения которые используют для сварки пленок обязаны содержать в идеальной частоте, а сами пленки требуют тщательной подготовки к сварке.

Очень опасным дефектом сварного соединения термопластов является наличие зоны шва, подвергнутого термоокислительной деструкции вследствие завышенной температуры сварки.

Также все сварные соединения подвергаются визуально - измерительному контролю (контролю внешним осмотром).

С помощью внешнего осмотра можно установить такие дефекты как: искажение формы шва, выявить трещины, непровары, смещение деталей, прожоги, деформации, уменьшение толщины шва, подрезы, вмятины, несовмещение кромок. Вид сварного шва должен быть однороден по всей его длине. В некоторых случаях судить о соблюдении технологического режима, о деструкции материала при сварке помогает цвет сварного шва и основного материала.

Внешнему осмотрю нужно подвергать все сварные соединения независимо от того какой будет выбран метод контроля. При внешнем осмотре изделий, сделанных из прозрачных материалов (полиметилметакрилата, полиэтилена, полистирола без красителей и др.), нужно использовать сильный источник света, освещающий деталь либо под углом, либо с торца; это позволяет выявить некоторые внутренние дефекты шва. Внешний осмотр как контроль качества позволяют получить наиболее ценную информацию при сварке пленочных материалов, синтетических тканей, нетканых материалов. Внешний вид таких швов должен быть ровным без складок и сборок. Края сварочного шва должны быть округлыми без резких переходов.

Результаты внешнего осмотра также полезны при сварке «жестких» пластмасс, которые подтверждаются люминесцентными методами контроля.

Для выявления поверхностных и сквозных дефектов используется визуально-измерительный контроль. Внутренние дефекты (поры,

посторонние включения, нарушения внутренней геометрии и т.д.) нельзя обнаружить данным способом. Для выявления внутренних дефектов при сварке пластмасс используются неразрушающие методы контроля качества.

    Неразрушающие методы контроля сварных соединений термопластов включают:

- радиационные методы (инфракрасная и рентгенографическая дефектоскопия)

- ультразвуковой метод;

- капиллярные методы;

- радиотехнические методы;

- электростатический метод;

- электроискровой метод;

- электролитный метод;

- тепловой метод;

- оптические методы.

    Исходя из того что все представленные методы контроля не универсальны, т.к. ни один из методов не гарантирует 100% выявления всех дефектов, у каждого есть свои преимущества и недостатки, то в первую очередь нужно выявить недопустимые дефекты. Часто применяют ни один а несколько методов контроля сразу.

Рассмотрим капиллярные методы дефектоскопии. Этот способ основывается на том что жидкость способна проникать в поверхностные дефекты изделия. Эти методы используют для определения всех типов поверхностных трещин, расслоений, течей в сварных конструкциях из пластмасс.

К капиллярным методам относятся люминесцентный, цветной (метод красок) и люминесцентно-цветной. В двух этих методах применяются люминесцентные жидкости, с помощью которых сварочный дефект обнаруживают под действием ультрафиолетовых лучей. В цветном же методе в качестве проникающей жидкости используют красящие жидкости. 

    С помощью проникающих жидкостей можно подвергать контролю сквозные отверстия на соединениях из пластмассы малой толщины (от 0.5 до 3мм).

Изображение 3.6 Капиллярный способ контроля качества

Последовательность операций при капиллярной дефектоскопии:

а – дефект в изделии; б - нанесение индикаторной жидкости;

в - удаление индикаторной жидкости с поверхности;

г - нанесение проявителя и проявление;

1 – изделие; 2 – дефект; 3 – индикаторная жидкость; 4 – проявитель;

3 – след дефекта (окрашенный проявитель).

 

Преимуществами данного метода контроля являются:

1) Позволяет провести точную локализацию мелких дефектов и охарактеризовать их с большой точностью;

2) Позволяет расширить область применение других визуальных методов контроля качества сварных соединений;

3) Увеличивает спектр обзора для поверхностных дефектов;

4) Является не дорогостоящим методом контроля качества;

К недостаткам капиллярного метода можно отнести:

1) Для выездного контроля этот способ применим только при температуре от 5 до 50 °С, т.к. при отрицательных температурах точность падает в несколько раз;

2) Длительность процесса занимает большое количество времени

 (1-2 часа);

3) Высокая трудоемкость процесса;

4) Человеческий фактор (субъективность);

5) Невозможность механизирования и автоматизирования данного метода контроля;

6) Инструменты контроля это индикаторные жидкости, а они нуждаются в определенных условиях хранения и имеют ограниченный срок пригодности.

Чаще используют метод контроля на непроницаемость, т.е. сварное соединение должно быть герметичным. Герметичность – способность сварочного соединения препятствовать проникновению жидким и газообразным веществам.

В зависимости от условий эксплуатации выведением сварной конструкции из строя иногда может служить не разрушение, а течь сварного шва. Изделия признаются герметичными если утечка используемого вещества не превышает нормы и не нарушает работоспособность изделия за определенный период времени. Нарушения герметичности могут стать причиной сквозных дефектов таких как: трещины, прожоги, непровары. Испытания на герметичность в обязательном порядке проходят все сварные емкости для жидкостей, трубопроводы, гидродомкратны, котлы и др. емкости от которых требуется герметичность.

При сварке стартерной аккумуляторной батареи 6МТС-9 используется именно этот метод контроля качества. Для проверки аккумулятора на герметичность используется специализированное устройство. Само устройство и способ ее применения показаны на изображении 3.7.

 

Изображение 3.7 Устройство для проверки аккумулятора на герметичность

1 – резиновый конусный наконечник; 2 – распределительная гребенка; 3 – гибкий воздухопровод; 4 – соединяющий воздушный манометр с распределительной гребенкой, предохранительный (перепускной) клапан; 5 – корпус; 6 – воздушный манометр; 7 – гибкий воздухопровод; 8 – соединяющий воздушный манометр с воздушным насосом обратный клапан; 9 – обратный клапан; 10 – отверстие в крышке аккумулятора для заливки электролита.

Устройство представляет из себя корпус с манометром и предохранительным клапаном, воздушный насос с обратным клапаном и распределительную гребенку с резиновыми конусными наконечниками равными числу аккумуляторов в аккумуляторной батареи, которые изготавливают специально под определенную марку АКБ. Гребенка корпус и воздушный насос соединены воздухопроводами.

Проверка аккумулятора на герметичность с помощью этого устройства осуществляется следующим образом: из крышки аккумулятора прежде всего выкручивают пробки заливных отверстий, следом устанавливают распределительную гребенку (2) на батарею таким образом, чтобы наконечники плотно сели на заливные отверстия (10). Далее следует, придерживая рукой гребенку (2) создать избыточное давление

(0.25-0.3 кг/см²) воздушным насосом (8) в моноблоке аккумулятора, если батарея герметична, то воздух она будет удерживать в течении 5с. Чтобы исключить утечку воздуха в воздушный насос (8) устанавливается обратный клапан (9) предохранительный клапан (4) защищает аккумуляторы от разрыва, открывается при давлении воздуха в магистрали (0,25-0,3 кг/см²).

    Если требуемое давление не удерживается в аккумуляторной батареи в течении 5с, то при наличии моноблоков с внутренними перегородками проверяется персонально каждый аккумулятор. Если обнаружена не герметичность аккумулятора в первую очередь следует устранить отслоения и трещины в заливной мастике крышек аккумуляторов если такие имеются. Если после этого герметичность не восстанавливается, то это означает что есть трещины в сварном шве или в моноблоке, также может быть трещина в перегородке моноблока.

    Преимуществами данного метода контроля являются:

1) Не требует высокой квалификации рабочего;

2) Простота оборудования;

3) Безопасен для здоровья человека;

4) Не разрушает сварное соединение;

5) Получение результата в течении короткого промежутка времени.

У данного способа есть и один недостаток, этот метод контроля качества не позволяет определить точное место дефекта, на его поиск нужно будет затратить определенное время.