Металографічний аналіз зварного шва: як читати мікроструктуру
Рентген покаже пори. УЗД знайде велику тріщину. А що з металом сталося насправді у зоні розплаву - розкаже тільки шліф під мікроскопом. Металографія відкриває фазовий склад, розмір зерна, лінію сплавлення, мікровключення, гарячі й холодні тріщини у самій товщі металу шва. Без цього аналізу атестувати зварника першої категорії ніхто не буде, а висновок про причину руйнування вузла на суді не приймуть до розгляду. Судово-технічна експертиза металоконструкцій тримається саме на шліфах.
Підготовка шліфа
Диск 30-50 мм. Ріжуть перпендикулярно шву. Алмазний круг, повільні оберти - перегрів зіпсує все на цій стадії. На торці лежать три зони: основний метал, ЗТВ і сам шов. Далі йде шліфовка наждаком по номерах P80, P400, P1000, P2500, кожен наступний рівень стирає риски від попереднього до повного зникнення. Полірування алмазною пастою 1 мкм на сукні виводить дзеркало. Ось де ловлять помилку: якщо на поверхні лишилися риски від грубого шліфування, під мікроскопом вони читаються як тріщини і псують картину. Кінцева шорсткість Ra нижче 0.02 мкм, чистий металевий блиск.
Травлення реактивами
Дзеркальний шліф порожній. У відбитому світлі всі фази виглядають однаково світлими, і структури не видно взагалі. Тому потрібне травлення. Для вуглецевих і низьколегованих сталей майстри давно взяли Ніталь - 2-5% азотної кислоти HNO3 у етиловому спирті, витримка 5-30 секунд занурюванням або ватним тампоном. Нержавійка йде складніше - реактив Марбл на основі CuSO4, HCl і води у певній пропорції. Реактив розчиняє межі зерен і фазові поля нерівномірно, і структура проступає через різний рельєф поверхні. Після травлення шліф промивають спиртом і сушать теплим повітрям.
Мікроскоп і зони спостереження
Робочий діапазон збільшень - від 50х до 500х у світлому полі, до 1000х у темному. Дивляться три зони. Основний метал далеко від шва, потім ЗТВ шириною 2-5 мм і, нарешті, сам шов з характерною дендритною структурою кристалізації. У ЗТВ метал не плавився, але прогрівся вище точок фазового перетворення і встиг перебудуватися. Порівняння трьох зон і показує, чи не перегрівся вузол і чи не виросло зерно понад допустимий бал за шкалою ГОСТ. Фотофіксацію ведуть з масштабною лінійкою у кадрі - без неї протокол експертизи не приймають.
Структурні фази
На протравленому шліфі видно чотири основні фази заліза. Ферит - світлі полігональні зерна майже чистого заліза, м'які й пластичні. Перліт - смугастий візерунок з чергування пластинок фериту і цементиту, дає міцність. Мартенсит - голчаста структура після швидкого охолодження, ознака перегартованого шва, крихкий і схильний до тріщин. Бейніт - перехідна форма з тонких пластин, поєднує міцність з в'язкістю. За часткою мартенситу інженер відразу бачить, чи потрібен відпуск виробу після зварки для зняття внутрішніх напружень і зменшення крихкості.
Дефекти і критерії ISO 5817
У шві шукають газові пори від вологи й іржавого металу, шлакові включення від погано зачищеного попереднього шару, гарячі й холодні тріщини, непровар кореня, підрізи по лінії сплаву. Кожен дефект вимірюють у мікрометрах і зіставляють з нормою за товщиною основного металу. Стандарт ISO 5817 задає три класи якості: B - високий для відповідальних конструкцій, C - середній, D - помірний для другорядних вузлів. Клас підбирають під відповідальність конструкції. Саме цей документ вирішує долю вузла - в експлуатацію або назад на переварку. Металева сировина під зразки для атестації є на zpsplav.com.ua.