Металлография сварных швов что это
Металлографический анализ
Многочисленные и отличающиеся между собой методы исследования металлов можно разделить на две группы:
1. Методы, которые позволяют определить строение и преобразования, которые протекают в металлах. Эти методы делятся на структурные методы, которые позволяют непосредственно наблюдать строение металлов и методы, которые базируются на связи между строением и свойствами металлов.
2. Методы, которые позволяют непосредственно определять свойства металлов, прежде всего механические, а также физические химические и др.
Объектами макроскопического анализа являются:
— поверхность неразрушенного изделия;
— изломы;
— макрошлифи.
Поверхности неразрушенного изделия исследуют относительно редко, как правило, для выявления и характеристики образованных в процессе эксплуатации или изготовления трещин. Выявление трещин является предметом специальной науки дефектоскопии. При исследовании поверхности сварных соединений, по внешнему виду можно определить способ сварки, поверхностные дефекты, качество формирования сварного шва. Изломы могут быть различными по форме, виду и различаться в зависимости от состава металла, его строения, отдельных дефектов, условий обработки и состояния при котором произошло разрушение. Метод состоит в исследовании поверхностей, которые образовались при разрушении металлических образцов. С помощью этого метода определяют: форму и размер зерна, вид излома характер разрушения. Изучение излома позволяет оценить качество металла, а область материаловедения, которая этим занимается, называют фрактографией. Мелкозернистый излом свидетельствует о более высоких механических свойствах, чем крупнозернистый. По излому можно определить характер разрушения: вязкое, хрупкое или вызванное усталостью металла. Различают такие виды изломов:
Вязкий излом имеет бугристо-сглаженый рельеф с выступлениями или чашечками, которые свидетельствует о значительной пластической деформации перед разрушением. Поверхность матовая, о форме и размерах зерен металла по виду вяжущего излома судить нельзя.
Вид излома зависит не только от материала, но и от условий разрушение (температура, скорость приложения погрузки и т.д.). Разновидностями хрупкого излома является нафталиновый, камневидный, фарфоровый.
Излом от усталости металла образовывается при циклических нагрузках. Он состоит из трех зон: зарождения трещины, распространения трещины и долома. Первая зона плоская и гладкая. Увеличиваясь при работе изделия, трещина образовывает зону излома от усталости с характерными концентрическими бороздами или дугами и мелкозернистым фарфоровидным изломом. Долом проходит внезапно и может быть вязким или хрупким.
Микроскопический анализ состоит в исследовании структуры материалов при больших увеличениях с помощью микроскопа. В зависимости от необходимого увеличения для четкого наблюдения всех фаз, их количества, формы и распределения в микроскопах используют:
— белый свет и обычные оптические системы, которые составляются с комбинацией стеклянных линз и призм (оптическая микроскопия);
— электронный луч, то есть поток электронов, для образования которого используют электромагнитные и электростатические линзы (электронная микроскопия).
Рассмотрим более подробно методы оптической микроскопии. Использование белого света позволяет наблюдать структуру металла при общем увеличении от несколько десятков до 2000 раз. Практично эта величина не преувеличивает 1000 раз, что позволяет наблюдать элементы структуры размером не меньше 0,2 мкм и способствует распространению метода оптической микроскопии для изучения структуры многих металлических сплавов. С помощью микроанализа можно определить форму и размеры отдельных зерен, фаз, их состав, относительное расположение, выявить наличие включений, микродефектов, что позволяет охарактеризовать свойства металлов и сплавов.
1. Не делать резкого перехода от грубой шлифовки к мелкой, а постепенно уменьшать зернистость шлифовальной бумаги.
2. В процессе полировки образцы не прижимать сильно к полировочному диску.
3. Перед травлением поверхность образца протереть ваткой, смоченной в спирте.
4. После травления шлиф протереть спиртом и просушить фильтровальной бумагой.
Для заэвтектоидных сталей структура состоит из темных зерен перлита (0,8%С) обрамленных светлой цементитной сеткой (6,67%С). Соответственно формула для расчета содержания углерода для заэвтектоидных сталей:
Что такое металлография, этапы и методы исследований
Металлография — это оптический метод определения качеств металла под микроскопом с большим увеличением. Мы рассмотрим этапы экспертизы, используемое обордование для анализа металлов и сплавов.
Металлографией называют прикладной раздел металловедения, который занимается исследованием структуры и состава металлов и сплавов. Предметом ее изучения являются состав, форма, пространственное расположение, взаимосвязи, а также количественные и качественные характеристики микро— и макрокомпонентов, образующих физическую структуру металла. Основной инструментальный метод, применяемый в металлографии, — это визуальное изучение отшлифованных образцов исследуемого материала при большом увеличении.
По своей сути металлографический анализ универсален и может использоваться не только для изучения структурных особенностей металлов. Поэтому со временем его стали применять при исследовании других материалов, в том числе и неметаллических. Вследствие этого появились новые разновидности структурного анализа: керамография, пластография и пр., которые используют научные наработки, оборудование и инструментальные методы металлографии. Сейчас все эти направления объединены в единую научно-исследовательскую дисциплину, которая носит обобщающее название материалография.
Что такое металлографический анализ
Металлографические исследования должны не только определить физико-химические свойства металлического образца, но и описать такие эксплуатационные характеристики его материала, как твердость, пластичность, прочностные параметры, коррозионная стойкость и пр. Методы металлографии позволяют получить все эти характеристики путем изучения состава и структуры отполированных образцов металла под микроскопом при большом увеличении.
В случае неразрушающего контроля металлографические исследования проводят непосредственно на изделии, для чего применяют портативное оптическое оборудование. При разрушающем контроле из анализируемого участка детали или заготовки вырезают образцы, из которых затем изготавливают металлографические шлифы — тонкие пластинки с идеально отполированной поверхностью.
Чаще всего металлографию применяют при исследовании образцов из стали и чугуна, что связано с особенностями физической и металлургической структуры этих материалов. Еще одна область, где широко используется металлография, — это анализ специальных сплавов из цветных металлов: титана, тантала, циркония и пр. Кроме того, без металлографических исследований не обходится ни одна экспертиза трубопроводов и металлоконструкций, получивших повреждения в результате аварий и катастроф.
Этапы и методы исследований
Выбор того или иного метода металлографического анализа зависит от физико-химических характеристик исследуемого материала, среди которых одними из самых значимых являются размеры и контрастность его зерен.
Подготовка образцов
После такой обработки отдельные структурные элементы металлографического образца хорошо видны даже невооруженным глазом, а другие становятся хорошо различимыми под оптическим микроскопом. Кристаллическая структура некоторых металлов не требует дополнительной химической обработки, т. к. хорошо проявляется в поляризованном свете. Для других материалов в металлографии обычно применяют химическое или электролитическое травление, которое делает более отчетливой структурную компоновку металлографического шлифа.
Оборудование
Размер зерен металлических материалов лежит в диапазоне от 1 до 1000 мкм. Поэтому при металлографических исследованиях применяют различные типы оборудования, обладающего соответствующей разрешающей способностью:
В случае невозможности получения надлежащих результатов с помощью оптического оборудования в металлографии применяют электронные микроскопы. К таким исследованиям прибегают гораздо реже, так как этот вид металлографического анализа значительно дороже и занимает больше времени. Кроме того, эти устройства имеют ряд технических ограничений.
У используемых в металлографии сканирующих электронных микроскопов при увеличениях менее, чем 500х, четкость изображений становится ниже, чем у световых. А просвечивающие, как правило, не предназначены для использования на увеличениях менее 2000х. Установки рентгеновской дифракции применяются в металлографии реже, т. к. являются узкоспециализированными и больше предназначены для определения доли различных фракций, имеющих разные кристаллические структуры.
Определение количественных показателей
Сфера применения
Металлографический контроль является обязательным для тех видов оборудования, где металл подвергается воздействию высоких температур, критического давления и агрессивных сред. Сюда относятся установки, аппараты, трубопроводы и емкости в энергетике, нефтегазовой отрасли, химической и атомной промышленности. Существует не менее десятка ГОСТ, устанавливающих нормативные характеристики и порядок применения металлографии, и еще большее количество отраслевых инструкций, методик и регламентов. К примеру, металлографические способы оценки зернистости стали паропроводов высокого давления на электростанциях (t до 600 ºC, P до 200 атмосфер) регламентируется ГОСТ-5639. А в случае их аварийного выхода из строя отраслевой нормативный документ предписывает обязательное проведение металлографического контроля.
А приходилось ли кому-нибудь из вас сталкиваться с проверкой сварных швов металлографией? В каких случаях это применяется и как металлографические исследования соотносятся с дефектоскопией? Напишите, пожалуйста, о своем опыте в комментарии к этой статье.
Металлографические исследования
Металлография. Металлографическое исследование
Металлография — метод исследования и контроля металлических материалов.
Металлография изучает закономерности образования структуры, исследуя макроструктуру и микроструктуру металла (путём наблюдения невооруженным глазом либо с помощью светового и электронного микроскопов), а также изменения механических, электрических, магнитных, тепловых и др. физических свойств металла в зависимости от изменения его структуры.
Задача металлографии
Задачей металлографического исследования является установление взаимосвязи между качественными и количественными характеристиками структуры, и физическими, механическими, химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами металлических материалов.
Разрушающая и неразрушающая металлография
Этапы металлографического исследования и их особенности
Говоря о металлографических исследованиях металлов, в каждом отдельном случае требуется индивидуальный подход. Тем не менее, можно выделить несколько основных этапов, которые непременно присутствуют во время проведения подобных исследований:
Во время работы лаборанты используют самое разное оборудование, в том числе и микроскопы, добиваясь увеличения до нескольких тысяч раз. Так можно определить размеры и форму кристаллических зерен, а также обнаружить изменения во внутреннем строении металлического сплава под влиянием высоких температур или механического воздействия, микротрещины и другие дефекты.
Где применяется металлография
В нефтегазовой промышленности
Исследование эксплуатационной надежности промысловых труб (ГОСТ Р 53580-2009 “Трубы стальные для промысловых трубопроводов”) – металлографический контроль продольного сварного шва сварных труб
В химической промышленности
Металлографическое исследование (контроль) основного металла и сварных соединений, выполненных сваркой плавлением из низкоуглеродистых, низколегированных, среднелегированных, высоколегированных и двухслойных сталей, а также цветных металлов (меди, алюминия, серебра, титана) при изготовлении сосудов и аппаратов, предназначенных для работы в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической и газовой отраслях промышленности. (РД 24.200.04-90)
В зоне термического влияния и в основном металле сварного соединения при необходимости проверяют:
Также металлография входит в перечень исследований для определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств (Методика МООР-98)
В энергетике
Оценка качества и исследование причин повреждений сварных соединений паропроводов тепловых электростанций (МУ 34-70-161-87).
Оценка балла зерна гибов паропроводов по ГОСТ 5639.