Металлографические исследования 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

Комплексное изучение физического состава и структуры металла проводится в специализированных металлографических лабораториях. Несмотря на большое разнообразие методик, предназначенных для различных металлов и сплавов, в общем виде все исследования в металлографии включают в себя следующие этапы:

1. Подготовка металлографических шлифов — тонких полированных металлических пластинок.
2. Различные виды травлений и иные виды обработки шлифов.
3. Изучение структуры образца под микроскопом.
4. Анализ полученных изображений и описание результатов.

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

В металлографии при подготовке исследуемых образцов применяют лабораторное оборудование, разработанное специально для их шлифовки, полировки и травления.

Шлифовально-полировальные установки представляют собой станки с круглым вращающимся столом, на который крепится абразивная бумага или нетканый материал, пропитанный шлифовальной суспензией.

Металлографические шлифы крепятся на оснастку при помощи термореактивных полимеров или эпоксидной смолы, а точность их прижима к шлифовальному кругу контролирует электронная система управления.

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:

• световые оптические микроскопы с различными типами подсветки;
• просвечивающие электронные микроскопы;
• сканирующие электронные микроскопы;
• установки рентгеновской дифракции.

Применяемые в металлографии оптические микроскопы имеют разрешающую способность не более 0.2 мкм, при этом изучение образцов, как правило, производится при увеличении в диапазоне 50÷1000х.

Также при металлографическом анализе применяют оборудование с гораздо меньшим увеличением, что позволяет включать в поле обзора крупные кристаллические образования, например, дендриты.

Для повышения контрастности изображения микроскопы в металлографии оснащаются оптическими устройствами, позволяющими изучать объект в отраженном свете (по методу светлых или темных полей) и с подсветкой поляризованными лучами.

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

Количественная металлография применяется для оценки геометрических параметров и пространственного расположения кристаллических элементов и примесей с использованием различных видов математического моделирования.

Это могут быть как простые методы интерполяции, основанные на измерении толщины слоя или видимых линейных размеров частиц, так и построение стереометрических моделей.

В последнем случае в металлографии используют стереологические методы, которые позволяют получать количественную информацию о трехмерном объекте путем обработки данных, полученных на основании геометрических характеристик его двухмерных срезов.

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.

Металлографический анализ металлов и сплавов

Металлография – наука о структуре металлов и сплавов; раздел металловедения. Металлография исследует закономерности образования структуры металла, изучает его макроструктуру и микроструктуру, атомно-кристаллическое строение, влияние структуры на механические, электрические, магнитные и другие свойства.

Макроструктуру металлов и сплавов в металлографии наблюдают невооружённым глазом либо при небольшом увеличении (в 30–40 раз). Макроструктура характеризуется формой и расположением крупных кристаллитов (зёрен), наличием и расположением различных дефектов металлов, распределением примесей и неметаллических включений.

Исследования микроструктуры в металлографии производят с помощью светового или электронного микроскопов, с помощью дифрактометра

Металлография позволяет устанавливать взаимосвязь между структурой и свойствами металлических материалов. Устанавливая закономерности образования структуры, металлография прогнозирует свойства новых сплавов.

Помимо закономерностей образования структуры, металлография изучает условия и причины возникновения при кристаллизации, пластической деформации и рекристаллизации текстуры металлов, которая обусловливает анизотропию свойств поликристаллического материала.

Изучение структуры металла в металлографии проводят на специально подготовленных плоских и гладких поверхностях – шлифах. Приготовление шлифа заключается в шлифовке и последующей полировке металла.

КП– 150402.65–2015 051486 ПЗ

Следующим этапом металлографического процесса является выявление структуры. Чаще всего это химическое травление.

При этом поверхность шлифа подвергают воздействию специального реактива, в результате чего выявляются особенности химического и фазового состава и кристаллического строения (макроструктура и микроструктура) – границы зерен, различные фазы, неметаллические включения, поверхностные слои, поры, трещины и др. Для выявления структуры в металлографии также используют электролитическое травление и метод магнитнойметаллографии. Кроме того металлография практикует следующие способы выявления микроструктуры: тепловое травление, травление в расплавленных солях, катодное распыление, выявление микроструктуры по изменению объема.

Металлография включает в себя и физические методы контроля и исследования металлов, такие как рентгеноструктурный анализ, определение теплоёмкости и электросопротивления, неразрушающий контроль металлов и др.

Рисунок 2. Схема металлографического микроскопа: 1 – микрошлиф; 2 – предметный столик; 3 – микрометрический винт (грубая наводка); 4 – источник света; 5 – окуляр; 6 – призма; 7 – микрометрический винт (точная наводка); 8 – объектив

КП– 150402.65–2015 051486 ПЗ

Качественнаяметаллография

В металлографической практике форма сечений микрочастиц (или самих микрочастиц) оценивается главным образом чисто качественными понятиями. Например, форма микрочастиц цементита в перлите определяется как зернистая, четкообразная или пластинчатая.

Имеет место качественная металлография.

Часто применяется полуколичественная оценка условными баллами при помощи шкал структур, представляющих произвольный набор тех же определений качественной металлографии, расположенных в определённой последовательности.

Количественная металлография

Количественная металлография – это металлография, занимающаяся изучением количественных характеристик микроструктуры.

Реальное положение вещей таково, что количественная металлография стала возможна относительно недавно, в конечном итоге – благодаря автоматическим анализаторам изображений (ААИ) и находится ещё только в начале своего развития. Основные операции количественной металлографии – подсчет, измерение и классификация элементов, находящихся в поле зрения.

Под элементами пространственного микроскопического строения понимаются различные микрочастицы (зёрна, кристаллиты, включения, выделения и др.), а также точечные, линейные, ареальные (плоскостные) образования (точки, линии и поверхности стыка микрочастиц).

Результатом операций количественной металлографии могут быть, в частности, количественные параметры зерна или объемные доли различных фаз в структуре сплава.

Стереометрическая металлография

Стереометрическая металлография – это комплекс методов количественной оценки пространственного микроскопического строения металлов и сплавов. Более развёрнутое определение: стереометрическая

КП– 150402.65–2015 051486 ПЗ

металлография – это система методов анализа, позволяющая получить полное представление о действительном пространственном строении сплава по плоскостной структуре – фазовом составе сплава, дисперсности, характеризуемой величиной удельной поверхности, количестве микрочастиц в объёме, их гранулометрическом составе, геометрической форме и т. д.

В качестве обобщения можно отметить, что металлография вообще является стереологическим методом качественного и количественного исследования структуры металлов и сплавов.

Качественные (описательные) методы исследования структуры позволяют описать с помощью баллов или условных обозначений тип, форму, размер и взаимное расположение обнаруженных фаз и структурных составляющих методом сравнения с ранее разработанными эталонами микроструктур.

Задача количественной металлографии состоит в изучении характеристик пространственного строения структуры путем измерения численных параметров микроскопического изображения.

• Металлографические исследования
• Металлографические исследования – это комплекс испытаний и аналитических мероприятий, направленный на изучение макроструктуры и микроструктуры металлов, исследование закономерностей образования структуры и зависимостей влияния структуры на механические, электрические и другие свойства металла (сплава).
• При металлографическом исследовании выполняется ряд операций, в результате которых получают достоверные данные по качественному и количественному составу материала. Любое металлографическое исследование включает в себя четыре этапа:
• · Пробоотбор
• · Пробоподготовка
• · Собственно металлографический анализ
• · Статистическая обработка результатов анализа.
• Общая погрешность результатов металлографического исследования равна сумме погрешностей на каждом из вышеназванных этапов, и, конечно же, при выполнении металлографического исследования необходимо стремиться к получению результата с минимальной погрешностью.

Помимо комплекса мероприятий пробоподготовки для оптических исследований (включает в себя пробоотбор, запрессовку, шлифовку, полировку и травление), в металлографическое исследование обязательно входит процедура распознавания и анализа структуры с помощью микроскопии. Кроме того, сегодня сложно представить себе металлографические исследования без современных систем анализа изображения (программное обеспечение для металлографических лабораторий).

КП– 150402.65–2015 051486 ПЗ

Очевидно, что наиболее характерным видом металлографического исследования является выявление микроструктуры металлов, затем анализ микроструктуры металлов (сплавов), а также анализ макроструктуры.

1. Однако к функциям металлографической лаборатории нередко относят также исследования механических свойств металлов и сплавов. В случаях, когда на предприятии нет отдельной службы, такой как лаборатория механических испытаний, к разряду металлографических исследований относят также такие испытания, как:
2. · Испытание на растяжение, сжатие;
3. · Ударные испытания;
4. · Измерение твёрдости металлов и сплавов;
5. · Определение микротвёрдости отдельных фаз.

КП– 150402.65–2015 051486 ПЗ

В целях изучения закономерностей структурообразования в металлографических исследованиях также применяют термическую обработку сплавов, при этом используют самые разные виды и режимы термообработки: отжиг, нормализация стали, закалка, отпуск, старение, обработка стали холодом.

• Оборудование для металлографических исследований
• · Отрезные станки;
• · Прессы для запрессовки;
• · Оборудование для холодной заливки;
• · Шлифовально-полировальные станки;
• · Сушильные шкафы;
• · Микроскопы в комплексе с системами анализа изображений;
• · Твердомеры и Микротвердомеры;
• · Печи, ванны, закалочные баки для термообработки.

Металлографические исследования

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

С помощью металлографического исследования отслеживают изменения состояния структуры металла, которые приводят к снижению прочности материала, и соответственно — к снижению прочности всей конструкции, ее остаточного ресурса.

Разрушающая и неразрушающая металлография

Разрушающая металлография или металлография с вырезом образца — классический вид металографии, при котором из объекта контроля удаляется образец. Из образца затем приготовляется препарат и исследуется на стационарном микроскопе в лаборатории. При этом целостность объекта, из которого изъяли образец, нарушается.

Неразрушающая металлография делится на два вида — металлография методом реплик и металлография непосредственно на объекте.

В первом случае с зашлифованной поверхности металла делается «слепок» — реплика, во втором случае шлиф непосредственно наблюдается с помощью портативного металлографического микроскопа.

При металлографии непосредственно на объекте изображение структуры также получают непосредственно на объекте, и сразу проверяют качество изображения.

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:

• Подготовка микрошлифов – специальных образцов, которые тщательно шлифуются, полируются и промываются до получения плоской поверхности, пригодной для детального осмотра.
• Изучение микроструктуры образца в нетравленом виде, непосредственно после полировки и промывки. Во время осмотра под микроскопом можно заметить отдельные темные участки и вкрапления, которые могут представлять собой мелкие поры, неметаллические включения, структурные составляющие.
• Макро- и микроанализ во время металлографических исследований металла позволяет своевременно выявить его дефекты, понижающие эксплуатационные свойства и надежность изделий в работе.  

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:

• загрязненность неметаллическими включениями по ГОСТ 1778;
• микроструктуру по ГОСТ 5640; ГОСТ 8233;
• величину зерна по ГОСТ 5639;
• содержание альфа-фазы (в высоколегированных сталях) по ГОСТ 11878;
• склонность к межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032.

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.

Металлографический анализ («metallographic analysis»)

• При проведении экспертизы структурных особенностей металлов и сплавов является необходимой процедурой при оценке их качественных параметров. Основными видами структурного анализа являются:
• — металлографический анализ (оптическая микроскопия);
• — растровая (сканирующая) электронная микроскопия;
• — просвечивающая электронная микроскопия.
• В данной статье пойдет речь о металлографии или металлографическом анализе («metallographic analysis»).

Металлографический анализ – это исследование структуры металлов и сплавов на специально подготовленных шлифах, при помощи оптической микроскопии.

В данном мной определении не зря уделено внимание подготовленным шлифам, качество выполнения которых напрямую влияет на способность провести анализ. Металлографический шлиф – это образец исследуемого металла с отполированной до зеркального состояния плоскостью. Как же его готовили раньше и готовят сейчас?

До внедрения технологически продвинутых машин в металловедение шлифы готовили вручную. Отрезался кусочек металла от исследуемого образца, если его размеры позволяли его обрабатывать, то начинали обработку. Если образец был слишком маленького размера, то его устанавливали в оправку и заливали сплавом Вуда, получая объект удобного размера. Далее начинали его шлифовку на наждачной бумаге с крупным абразивом, а когда подготавливаемая поверхность становилась однородной, переходили на наждачную бумагу с более мелким абразивом. При этом направление шлифования менялось на перпендикулярное предшествующему. В результате нескольких смен (примерно от 4 до 7, в зависимости от изначального качества поверхности) шкурок получалась практически зеркальная плоскость. Ее оставалось только отполировать на фетре, смоченном раствором оксида хрома. При такой процедуре на качество шлифа очень сильно влияла квалификация сотрудника, проводящего пробоподготовку.

В современном металловедении процессы изготовления шлифа автоматизированы. Отрезанные образцы металла заливаются в специальной машине особым составом (твердый пластик), получая небольшие шайбы. Потом одна или несколько шайб устанавливаются в полировальную машину, где они полируются по установленной оператором программе, на выходе получается готовый шлиф, стабильно высокого качества. Мы в Компании «Металл-экспертиза» при проведении экспертизы металлов используем современный комплекс пробоподготовки, на фото.

Подготовленный тем или иным способом шлиф можно уже исследовать на микроскопе. Но на его зеркальной поверхности можно увидеть только поры и неметаллические включение, которые практически всегда присутствуют в сталях.

Для того чтобы увидеть структурные и фазовые составляющие металла или сплава в оптический микроскоп, уже подготовленный шлиф нужно подвергнуть особой процедуре – травлению. Травление – это воздействие на подготовленную поверхность шлифа специальными реактивами, позволяющими проявить структуру.

Например, для образцов из конструкционных сталей основным травителем является 3-х процентный раствор азотный кислоты в спирте. Для нержавеющих сталей нужно готовить более сложные растворы различных кислот.

А вот ванадиевые сплавы травятся в растворе щавелевой кислоты, причем только электролитическим способом. По травлению сталей и сплавов написаны целые справочники и это вопрос отдельной статьи.

После того как образец протравлен, можно переходить к изучению его структуры в оптическом микроскопе. Стали и сплавы обычно изучают при увеличении от 100 до 500.

При просмотре в микроскоп шлифов из различных сталей и сплавов можно увидеть огромное многообразие структур, многие из которых невероятно занимательны и по-своему красивы.

Самая распространенная структура конструкционных сталей – это феррит с перлитом.

1. Размер ферритного зерна является важной структурной характеристикой, которая определяет величину ударной вязкости и уровень прочностных характеристик стали.
2. Не вдаваясь в подробности, просто добавляю изображения нескольких структур, которые можно увидеть при проведении металловедческой экспетизы, чтобы вы смогли оценить красоту металлографического анализа.

Контроль качества с разрушением сварного соединения — металлографический анализ

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.

С помощью металлографического исследования отслеживают изменения состояния структуры металла, которые приводят к снижению прочности материала, и соответственно — к снижению прочности всей конструкции, ее остаточного ресурса.

Разрушающая и неразрушающая металлография

Разрушающая металлография или металлография с вырезом образца — классический вид металографии, при котором из объекта контроля удаляется образец. Из образца затем приготовляется препарат и исследуется на стационарном микроскопе в лаборатории. При этом целостность объекта, из которого изъяли образец, нарушается.

Неразрушающая металлография делится на два вида — металлография методом реплик и металлография непосредственно на объекте.

В первом случае с зашлифованной поверхности металла делается «слепок» — реплика, во втором случае шлиф непосредственно наблюдается с помощью портативного металлографического микроскопа.

При металлографии непосредственно на объекте изображение структуры также получают непосредственно на объекте, и сразу проверяют качество изображения.

  Технология производства клинкерной плитки — основные моменты

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:

• Подготовка микрошлифов – специальных образцов, которые тщательно шлифуются, полируются и промываются до получения плоской поверхности, пригодной для детального осмотра.
• Изучение микроструктуры образца в нетравленом виде, непосредственно после полировки и промывки. Во время осмотра под микроскопом можно заметить отдельные темные участки и вкрапления, которые могут представлять собой мелкие поры, неметаллические включения, структурные составляющие.
• Макро- и микроанализ во время металлографических исследований металла позволяет своевременно выявить его дефекты, понижающие эксплуатационные свойства и надежность изделий в работе.

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.

Приготовление микрошлифов

В настоящее время процесс приготовления микрошлифов в большинстве лабораторий автоматизирован и позволяет подготавливать до 6 образцов одновременно.

Это достигается, во-первых, приданием образцам унифицированной формы с помощью заливки эпоксидной или фенольной смолой, во-вторых, пневматическими прижимными держателями шлифовально-полировальных машин.

Электронное управление данных машин позволяет устанавливать необходимые прижимную силу, скорость и время вращения, уровень подачи воды или полировальной суспензии.

Не смотря на автоматизацию процесса шлифоподготовки, некоторые металлы и сплавы требуют тонкой ручной доводки, чтобы не привнести в структуру исследуемого образца посторонних изменений — артефактов в виде, например, выкрошившихся или размазанных неметаллических включений. Поэтому опытный металлограф должен обладать определенным мастерством пробоподготовки, чувствовать в какую сторону изменить стандартные режимы приготовления шлифа для получения идеального результата.

Образцы, запрессованные в фенольной смоле

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:

• загрязненность неметаллическими включениями по ГОСТ 1778;
• микроструктуру по ГОСТ 5640; ГОСТ 8233;
• величину зерна по ГОСТ 5639;
• содержание альфа-фазы (в высоколегированных сталях) по ГОСТ 11878;
• склонность к межкристаллитной коррозии по ГОСТ 6032.

Также металлография входит в перечень исследований для определения остаточного ресурса технологического оборудования нефтеперерабатывающих, нефтехимических и химических производств (Методика МООР-98)

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Металлографический контроль

Металлографический контроль дает возможность установить качество провара и наличие дефектов в шве и зоне сплавления сварного соединения. Металлографический контроль труб целесообразно производить периодически один раз в месяц по одной сварной трубе, выбранной у каждого сварщика. [1]

Металлографический контроль целесообразно производить в одних и тех же контрольных зонах на деталях сосуда, прежде всего на внутренней поверхности корпуса, наиболее подверженной повреждениям в эксплуатации.

Постоянство зон контроля позволяет прослеживать изменение состояния металла с течением времени. Металлографический контроль выявляет возникновение усталостных и коррозионных микротрещин и других микроповреждений.

Методика такого контроля может быть различной. [2]

Металлографический контроль определяет также величину природного зерна аустенита, для чего изготовляются микрошлифы из образцов металла, подвергнутых цементации или специальному травлению, и под микроскопом определяется номер зерна соответственно восьмибалльной шкале ( см. фиг. [3]

Металлографический контроль состоит в определении структуры и фазового состава металла труб. Этот вид контроля используют также для установления марки стали или сплава и для обнаружения скрытых в металле посторонних включений. [4]

Металлографический контроль в простом поляризованном свете, а также рентгеновский фазовый анализ ( дебаеграммы получены в CuiK а р-излучении диаметр а: меры D 143 3 мм) проводились на всех стадиях приготовления образцов. [5]

Металлографический контроль может производиться на производственных сварных соединениях, вырезаемых из изделия, или на специальных контрольных стыках, сваренных в производственных условиях. Первый способ предпочтителен, хотя и более трудоемок. Он обеспечивает лучшее соответствие структуры и качества контролируемых и производственных стыков. [6]

• Металлографический контроль швов состоит в исследовании макро — и микроструктуры и осмотре изломов сварных соединений. [7]
• Металлографический контроль сварных швов состоит в исследовании макро — и микроструктуры и осмотре изломов сварных соединений. [8]
• Более тщательный металлографический контроль сварных соединений проводят путем исследования макро — и микроструктуры образцов, вырезанных из изделия или контрольных пластин. [10]
• Более тщательный металлографический контроль сварных швов наиболее ответственных конструкций проводят путем исследования макро — и микроструктуры образцов, вырезанных из изделия или контрольных пластин. [12]
• Металлографическому контролю подвергаются также сварные соединения шипов и ребер с трубами. [13]
• Металлографическому контролю подвергают также сварные соединения шипов и ребер с трубами. [14]

Неразрушающий металлографический контроль предполагает подготовку шлифа непосредственно на оборудовании без вырезки образцов.

Подготовленный на оборудовании шлиф исследуют посредством портативного ( переносного) металлографического микроскопа или снимают с этого шлифа реплики ( оттиски) и затем полученные реплики исследуют на микроскопе в лабораторных условиях. Однако метод реплик весьма трудоемок. [15]

Прайс-лист

Наименование работ/ вид испытаний	Ед. измерения	Цена руб., без НДС
Визуальный и измерительный контроль сварных соединений арматуры – продольные швы	1 узел	200 руб.
Визуальный и измерительный контроль сварных соединений арматуры – стыковые соединения любого диаметра	1 узел	100 руб.
Визуальный и измерительный контроль сварных соединений листовых металлоконструкций	1 п.м.	100 руб.
Визуальный и измерительный контроль сварных соединений трубопроводов диаметром
до 50 мм от 50 до 100 мм от 100 до 300 мм от 300 мм до 600 мм от 600 мм до 800 мм от 800 мм до 1200 мм от 1200 мм до 1500 мм	1 стык	50 руб. 100 руб. 200 руб. 350 руб. 450 руб. 500 руб. 550 руб.
Ультразвуковое испытание сварных соединений трубопроводов диаметром
до 50 мм от 50 до 100 мм от 100 до 300 мм от 300 мм до 600 мм от 600 мм до 800 мм от 800 мм до 1200 мм от 1200 мм до 1500 мм	1 стык	200 руб. 350 руб. 750 руб. 1300 руб. 1500 руб. 1700 руб. 2000 руб.
Ультразвуковое испытание сварных соединений листовых металлоконструкций (толщина до 20 мм)	1 п.м.	700 руб
Ультразвуковое испытание сварных соединений листовых металлоконструкций (толщина 21-30 мм)	1 п.м.	1000 руб.
Ультразвуковое испытание сварных соединений листовых металлоконструкций (толщина 31-40 мм)	1 п.м.	1200 руб.

Виды контроля сварки. Методы контроля качества сварных соединений

Содержание

1. Виды контроля сварных соединений
2. Текущий контроль сварки
3. Окончательный контроль сварки
4. Какими методами контролируют сварные соединения?
5. Методы разрушающего контроля сварных соединений
   Металлографические исследования сварных соединений
6. Химический анализ сварного соединения
7. Механические испытания сварного соединения
8. Методы неразрушающего контроля сварных соединений

Для того чтобы сварное соединение соответствовало заданным требованиям по качеству, необходимо контролировать его, начиная с контроля подготовки шва, продолжая контролировать во время сварки и заканчивая проверкой уже готового сварного соединения. Исходя из этого, различают следующие виды контроля сварки: предварительный, текущий и окончательный.

Виды контроля сварных соединений

Предварительный контроль

Предварительный контроль включает в себя проверку качества свариваемого металла и материалов для сварки.

Кроме этого, контролируют подготовку сварных кромок и сборку свариваемых деталей, исправность оснастки для сварки, сварочного оборудования и приборов.

Кроме этого, необходимо провести испытания стали на свариваемость, которые включают в себя механические испытания, металлографический анализ и испытания на вероятность образования холодных трещин и горячих трещин при сварке.

Текущий контроль сварки

Текущий контроль ведут непосредственно во время сварочных работ. При этом проверяют соблюдение технологии сварки (соблюдение режимов сварки, качество зачистки промежуточных сварных швов, заварку сварочных кратеров, выполнение предварительного и сопутствующего подогрева, при необходимости и другие моменты).

Окончательный контроль сварки

При окончательном контроле проверяют уже готовые сварные соединения. Готовое сварное изделие должно полностью удовлетворять требованиям, предъявляемым к нему.

Суммарная трудоёмкость всех контрольных операций может достигать до 30% от общей трудоёмкости изготовления сварной металлоконструкции. Объём контроля зависит от того, насколько высоки требования, предъявляемые к металлоконструкции, от сложности технологии сварки и от квалификации контролирующего персонала.

Какими методами контролируют сварные соединения?

Контроль сварных соединений производится с помощью следующих методов контроля: внешним осмотром, металлографическим анализом, химическим анализом, с помощью механических испытаний, просвечиванием рентгеновскими, или гамма-лучами, ультразвуковую дефектоскопию, магнитную дефектоскопию. Для достоверного контроля, сварное соединение необходимо очистить от шлака, окалины и сварочных брызг.

По своей сути, способы контроля сварки можно разделить на две группы: методы разрушающего контроля и методы неразрушающего контроля сварных соединений. О каждой из этих групп будет сказано чуть ниже по тексту.

Методы разрушающего контроля сварных соединений

Методы разрушающего контроля сварки — это различные испытания сварных образцов, позволяющие определить параметры сварного шва и зоны термического влияния.

К таким методам относятся механические и металлографические испытания, а также химический анализ. Чаще всего такие испытания выполняют на контрольных образцах и реже — на самом изделии.

Контрольные образцы должны из того же материала, что и само изделие, и свариваются они по той же технологии.

Металлографические исследования сварных соединений

Металлографический анализ заключается в засверливании и протравливании поверхности металла 10%-ным водным раствором хлорида меди и аммония. При этом засверленная поверхность должна проходить и через металл сварного шва, и через основной металл. Время протравливания составляет 2-3мин. По окончании протравливания остатки хлорида меди смывают водой.

После этого протравленную поверхность осматривают невооружённым взглядом (макроструктурное исследование), или, используя оптические приборы (макроструктурное исследование). При осмотре определяют качество провара и наличие внутренних сварных дефектов.

При сварке ответственных металлоконструкций, металлографические исследования проводятся в расширенном объёме.

Для их проведения применяются специальные микро- и макрошлифы, изготовленные из сваренных вместе контрольных пластин, или пластин, вырезанных непосредственно из сварного соединения.

Макроструктурное металлографическое исследование проводят невооружённым глазом, или с помощью лупы или увеличительного стекла. При таком методе контроля можно определить характер расположение видимых сварных дефектов.

При микроструктурном анализе исследуют структуру сварного шва и переходной зоны с помощью оптических приборов, дающих увеличение в 50-2000раз. Микроструктурное исследование позволяет определить наличие шлаковых включений в металле шва, обнаружить прожоги и несплавления, увидеть мельчайшие трещины и поры в металле и оценить величину зёрен металла.

Химический анализ сварного соединения

При проведении химического анализа устанавливают химический состав сварного шва, основного металла и электродов и определяют их соответствие установленным стандартам на изготовление сварного изделия. Химический анализ должен проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 122-75, в котором оговорены методы отбора проб для химического и спектрального анализа.

Механические испытания сварного соединения

Для проведения механических испытаний чаще всего изготавливают специальные контрольные образцы из того же металла по той же технологии, что и сварное соединение. В некоторых случаях проводят испытания на образцах, вырезанных из сварного соединения.

При проведении механических испытаний определяют таких механические свойства соединения, как предел прочности на растяжение, ударную вязкость, твёрдость и максимальный угол загиба и пластичность металла. Форма и размеры образцов, взятых для испытаний, должны соответствовать ГОСТ 6996. Согласно этому стандарту, испытывают металл сварного шва, зону термического влияния и основной металл.

Методы неразрушающего контроля сварных соединений

К методам неразрушающего контроля сварки относят способы, позволяющие проверить качество металла шва и переходной зоны без их разрушения. К этим методам относятся внешний осмотр сварного соединения, а также исследования при помощи электромагнитных, акустических воздействий и при помощи различных веществ, проникающих в сварной металл.

С помощью подобных методов можно определить наличие различных дефектов в сварном соединении, их характер, величину и расположение. Эти возможности и определили общее название этих методов — дефектоскопия. О том, какие бывают виды дефектоскопии, и о неразрушающем контроле сварки подробно рассказано на странице: «Неразрушающий контроль сварных соединений, методы контроля».