Шаблон сварщика: что собой представляет, каким требованиям должен отвечать, какие разновидности существуют​

Шаблон сварщика – один из основных инструментов для визуального и измерительного контроля (ВИК) стыковых, нахлесточных, тавровых, угловых сварных соединений, наплавленных поверхностей и основного металла. Данное средство неразрушающего контроля (НК) применяется в соответствии с инструкцией РД 03-606-03 (отменена с 01.01.2021 года, но по-прежнему может применяться в качестве рекомендательного методического источника), разработанным на его основе СТО 9701105632-003-2021, ГОСТ Р ИСО 17637-2014 "Контроль неразрушающий. Визуальный контроль соединений, выполненных сваркой плавлением", в Руководстве по безопасности "Методические рекомендации о порядке проведения визуального и измерительного контроля", утверждённом Приказом Ростехнадзора от 16 января 2024 года №8, и другими нормативными техническими документами (НТД). Подбор и применение шаблонов сварщика регламентируется отраслевыми стандартами, методиками, технологическими инструкциями и составленными в соответствии с ними операционными технологическими картами (ОТК), которые разрабатываются под конкретные параметры объекта контроля (ОК). С конструктивной точки зрения шаблон сварщика представляет собой средство измерения (СИ), состоящее из нескольких подвижных и/или статичных элементов (ось, движок, указатель, основание, упоры, планки, зажимные и регулировочные винты), с нанесёнными на поверхность шкалами, рисками-индексами, нониусами и пазами. В российской практике ВИК применяется более 30 различных шаблонов сварщика, каждый из которых рассчитан на измерение определённого набора геометрических параметров сварных швов и поверхностных дефектов. Самый распространённые - УШС-3, УШС-4. Самые функциональные - Bridge Cam WGU-8M (позволяет измерять 16 параметров), Bridge Cam WGU-9M (17 параметров), TapiRUS (позволяет измерять более 35 линейно-угловых параметров сварных соединений и поверхностных дефектов). Минимум 1 раз в год шаблоны сварщика подлежат калибровке или поверке (для моделей, утверждённых в качестве СИ и внесённый в Государственный реестр СИ РФ). Наличие сертификата калибровки или свидетельства о поверке, выданного аккредитованной метрологической службой, - одно из базовых условий для проведения ВИК при помощи шаблона сварщика на этапе изготовления, строительства, монтажа, эксплуатации, технического диагностирования (ТД) и экспертизы промышленной безопасности (ЭПБ) технических устройств (ТУ), зданий и сооружений на опасных производственных объектах (ОПО), подведомственных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Содержание:​

Шаблон сварщика - ключевой инструмент визуального и измерительного контроля
Требования к УШС
Виды УШС
Обучение работе с УШС
Где купить хороший УШС

Применение шаблонов сварщика в неразрушающем контроле​

В упрощённом виде общий порядок работы с универсальным шаблоном сварщика (сокращённо – УШС) состоит из нескольких этапов (на примере сварного соединения).

1. Подвижные детали (если таковые предусмотрены) приводят в исходное положение (выставляют «на ноль»).
2. Измеритель прикладывают установочными плоскостями (или иными гранями) к тому или иному участку сварного шва (в зависимости от того, какой именно геометрический параметр необходимо проверить).
3. Упираясь в шов и/или околошовную зону, подвижные элементы смещаются по осям.
4. Величину этого смещения считывают с метрической и/или дюймовой шкалы на инструменте. Либо – как, например, в случае с УШС-2, у которого нет подвижных элементов – просто оценивают соответствие геометрии шва заданной форме и размерам.
5. Полученные результаты сопоставляют с нормами отбраковки, указанными в руководящих НТД и ОТК.

В соответствии с таблицами, на которые ссылается п. 6.4.7 документа РД 03-606-03, шаблон сварщика рекомендован для проверки следующих параметров на этапе сборки деталей под сварку:

• перпендикулярности кромок;
• угла скоса кромок;
• угла скоса поверхности соединяемого элемента;
• угла выхода резца (калибра);
• зазора в соединении;
• зазора между подкладной пластиной (кольцом) и внутренней поверхностью детали;
• смещения проволочной вставки с внутренней стороны;
• зазора в замке расплавляемого кольца (вставки);
• катетов шва приварки элемента крепления;
• глубины проникновения штуцера во внутреннюю полость и пр.

Большинство шаблонов изготавливаются из нержавеющей стали. У многих предусмотрено дополнительное антикоррозионное покрытие. Для хранения и транспортировки используются специальные футляры и чехлы.

Требования к УШС и их применению​

Как и с другим оборудованием неразрушающего контроля, одно из базовых условий для разрешения на эксплуатацию – надлежащее метрологическое обеспечение. Желательно, чтобы шаблон был внесён в Госреестр СИ РФ. Поверка либо калибровка (если шаблон сварщика не утверждён в качестве СИ - а таких немало) проводятся в аккредитованных метрологических службах (например, в региональных центрах стандартизации и метрологии "Росстандарта"), как минимум, 1 раз в год. Характеристики шаблона сварщика, включая предельно допустимую погрешность измерений, указываются в паспорте, который прилагается к каждому такому изделию.

Далее – нужно изучить требования руководящих НТД и ОТК. Например, в ГОСТ Р ИСО 17637-2014 в приложении №1 приведена таблица А.1, в которой описаны основные типы шаблонов, их точность, диапазон измерений, угол разделки кромок, применимость для разных типов соединений (стыковых и угловых – выпуклых, вогнутых и выполненных в нижнем положении). Отраслевые нормативные технические документы могут ссылаться на этот стандарт и содержать свои требования к порядку выполнения измерений при помощи шаблонов сварщика.

У каждого инструмента своя погрешность – и для работы на опасных производственных объектах, подведомственных Ростехнадзору, нужно свериться с п. 5.3 инструкции РД 03-606-03, которая воспроизведена и во многих других НТД. В нём дана ссылка на таблицу, в которой прописаны допустимые погрешности для разных измеряемых величин. Чтобы не возникло расхождений с дубль-контролем и надзорными органами, инструменты должны:
а) пройти поверку или калибровку (подтверждается свидетельством или сертификатом на бумажном носителе и/или в электронном виде, соответствующей записью во ФГИС "АРШИН");
б) по своим техническим характеристикам (погрешности измерений) соответствовать допускам, которые содержатся в НТД.

Так, УШС-3 с погрешностью измерений +/- 0,5 мм допускается применять для измерения геометрических параметров (например, подрезов и глубины вогнутости сварных швов) величиной от 2,5 мм (то есть с учётом погрешности – 3,0 мм) и более. Также на рынке есть УШС-4Т ЭЛИТЕСТ с погрешностью измерений +/- 0,1 мм, внесённый в Госреестр СИ РФ и позволяющий выполнять измерения в соответствии с требованиям "Транснефти", включая диапазон измеряемых величин 0-10,0 мм.

На практике УШС-3 и некоторые другие шаблоны сварщика могут и не использоваться в качестве СИ. Но даже в этом случае данные инструменты подчас очень удобны для экспресс-проверки геометрии сварных соединений. Это, безусловно, очень важный инструмент, который присутствует практически в любом наборе для ВИК. Что касается измерения той же глубины подреза, например, то в качестве альтернативы можно использовать приспособление с индикатором часового типа. Пример - ПСК-10М с погрешностью всего 0,01 мм.

Типы шаблонов сварщика​

На сегодняшний день в России используются измерители, изготовленные по требованиям российской (ГОСТ, РД, ФНП, ПБ) и зарубежной (ASTM, EN ISO, ASME) документации. В продаже доступны десятки типов инструментов, но мы остановимся лишь на основных, самых распространённых разновидностях.

УШС-2​

Предназначен для того, чтобы проверять катеты угловых швов в пределах от 4 до 14 мм. Представляет собой связку из трёх пластин, на каждой из которых выполнены выточки разных диаметров. На каждой из них – по 2 (в сумме – 6) ступеней.

Принцип применения прост: нужно поочерёдно приложить каждую из них к сварному шву и выявить минимальный зазор между дугами лепестка и гранями сварного соединены. Для более точных результатов УШС-2 можно дополнить катетометром и радиусными шаблонами.

УШС-2 – очень надёжное и простое, но не совершенное решение. Вместо него многие дефектоскописты всё чаще отдают предпочтение более точным и многофункциональным инструментам – шаблону Ушерова-Маршака, WG5 и другим (речь о которых пойдёт ниже).

УШС-3​

Используется для комплексной оценки качества сварных швов – в частности, для выявления и проверки:

• забоин, трещин, кратеров, подрезов, непроваров, чешуйчатости, межваликовых западаний и иных поверхностных дефектов,
• зазоров,
• притупления,
• ширины соединения,
• углов разделки и скоса кромок,
• подрезов корня,
• глубины вогнутости,
• высоты выпуклости,
• высоты усиления,
• превышения кромок;
• глубины раковин;
• диаметра электродов, сварочной проволоки и пр.

УШС-3 – один из самых распространённых шаблонов сварщика, внесённый в Госреестр СИ и успешно используемый на объектах «Транснефти». Конструкция состоит из следующих «каноничных» элементов:

• основания, на котором расположен движок, предусмотрены пазы для проверки диаметров электродов и нанесена шкала для измерения угла скоса кромок, ширины шва и высоты притупления;
• движка – пластины, одна из сторон которой выполнена в виде клина со шкалой (для контроля зазоров) и риской (для измерения глубины разделки до корневого слоя, высоты усиления шва и превышения кромок);
• указателя (иглы), который закреплён на движке;
• оси, вокруг которой вращается движок.

Шаблон Ушерова-Маршака и его цифровая версия​

Предназначен для того, чтобы измерять:

• скос кромок при подготовке свариваемых заготовок и зазоры между ними;
• высоту валика усиления;
• катет сварного шва;
• вогнутость и выпуклость корня шва;
• глубину межваликового западания, подрезов, несплавления кромок.

Для контроля скоса кромок в шаблоне Ушерова-Маршака предусмотрены выдвижные элементы под стандартные углы – 60, 70, 80 и 90 градусов. В механической версии показания считываются по шкалам. В частности, для большей точности показаний доступна шкала-нониус (принцип тот же, как со штангенциркулями) с ценой деления 0.02, 0.05 или 0.1 мм. У инструментов с электронным блоком реализована цифровая индикация полученных значений. Кроме дисплея, в таких устройствах предусмотрены кнопки для включения/выключения, установки нуля и переключения между единицами измерений (мм и дюймы).

Шаблоны сварщиков с конструкцией В.Э. Ушерова-Маршака применяются на основании п. 6.4.14 инструкции РД 03-606-03, имеют погрешность ±0,5–1,0 мм (при диапазоне измерений от 0 до 20 мм) и сертифицированы в системе Росстандарта.

УШС-4​

Сочетает в себе функционал УШС-3 и шаблона Ушерова-Маршака. От первого он отличается тем, что имеет выдвижную планку со шкалой для контроля скоса кромок в диапазоне от 0 до 45 градусов. Из отечественных шаблонов УШС-4 – пожалуй, самый многофункциональный. Особенно эффективен в сочетании с набором катетомеров, так как его собственный диапазон измерения катетов угловых сварных соединений ограничен 0–10 мм. Как и УШС-3, УШС-4 – универсальный инструмент не только для дефектоскопистов, но и для сварщиков, инженеров ОТК, монтажников и пр.

Измерители типа WG​

Шаблоны этой серии были разработаны за рубежом, но применяются и в России. Литерами WG маркируется множество инструментов, отличающихся по конструкции и функционалу.

• WG01, WG1, WG2+. Первый способен измерять смещение, угол кромок, зазоры, высоту стыковых швов, угловые швы и их катеты. WG1 и WG2+ подходят также для контроля ширины швов и глубины подрезов. При этом у WG2+ чуть больше диапазоны измерений по некоторым параметрам. Например – это справедливо для угла кромки (от 80 до 160 градусов против 90–150 градусов у WG1) или высоты стыковых швов (0–15 мм против 0–12 мм). Зато шаблоны сварщиков WG1 позволяют измерять угловые швы и их катеты в диапазоне 0–20 мм, а не 0–15 мм, как WG2+. Наконец, все три шаблона – WG01, WG1, WG – могут использоваться в качестве обычной линейки.

• WG5. По функционалу во многом схож с отечественным УШС-2. С его помощью также проверяют катеты угловых швов, выпуклость и вогнутость швов. WG5 представляет собой набор из 7 лепестков, которые в сумме обеспечивают диапазон измерений 3,0–25,0 мм. На каждой из пластин изготовлены выточки определённых типоразмеров. Принцип действия прост: к шву поочерёдно прикладывают лепестки, пока не добиваются минимального зазора между дугами выточки и поверхностью шва. На пластинах нанесены значения радиусов катетов в мм и дюймах.

• WG6. Предназначен для измерения высоты шва, ширины зазоров, смещения кромок, углов разделки и притуплений. WG6 состоит из основания-линейки, подвижного и дополнительного наклонного указателя. Погрешность измерений углов может составлять всего ±0,5 градуса, линейных размеров – в пределах ±0,1–0,2 мм.

• WG8. Способен измерять высоту и катет углового шва с точностью до ±0,8 мм. Сравнительно высокая погрешность компенсируется тем, что данный шаблон сварщика позволяет контролировать неравнобедренные сварные швы. Правда, метрических шкал на нём не предусмотрено – только дюймы. Поэтому применяют WG8 исключительно на объектах, где приёмка осуществляется по зарубежным стандартам ASME и ASTM.

• WG10. Ещё один инструмент с градуировкой в дюймах для работы по нормативам ASME и ASTM. Представляет собой пластину с подвижным индикатором. Предназначен для того, чтобы измерять глубину раковин, западаний и иных вогнутых дефектов, а также для сравнения полученных значений с нормированной толщиной стенки. Особенность WG10 в том, что в помощь дефектоскописту на нём нанесены формулы для расчёта площади, диаметра и давления нагрузки, плюс – на оборотной стороне – таблицы с типовыми значениями толщины для трубопроводов разных диаметров.

• WG11. Уникален тем, что подходит не только для сварных, но и для клёпаных соединений. Был разработан для контроля котлов и трубопроводов диаметром от 400 до 1800 мм. В конструкции предусмотрена основа, подвижный измеритель, малая ось, измерительный ролик, линейка и зажим. WG11 позволяет проверять высоту клёпаных соединений, а также выпуклость, кривизну и вогнутость сварных соединений, смещение краёв и углы разделки кромок. Особенность данного шаблона сварщика состоит в повышенной точности результатов – погрешность не превышает 0,05 мм.

• WG12. Другое наименование – Skew-T. Спроектирован таким образом, чтобы контролировать швы, недоступные для обычных шаблонов сварщика. Отсюда – такое конструктивное решение, как удлинённая планка-указатель, позволяющая проверять контрольный размер у ассиметричных угловых и тавровых сварных соединений, острый или тупой угол которых меньше либо больше 90 градусов. В зависимости от того, с какой стороны соединения выполняется замер, планку можно выдвинуть либо задвинуть, ослабляя либо затягивая фиксирующий винт. Skew-T рассчитан на работу по американским стандартам AWS, согласно которым сварные швы создаются под углом не меньше 30 градусов. Помимо планки, в конструкции предусмотрена поворотная пластина – для контроля угла между соединяемыми элементами. К шаблону WG12 прилагается линейка сварщика (так называемый калькулятор). На ней находятся несколько шкал с типовыми геометрическими параметрами асимметричных швов. Узнав контрольный размер и величину угла, дефектоскопист перемещает вложенную карту, пока полученные показания не совпадут по шкалам с нормированными значениями. Так определяется расчётная толщина шва и размер катета.

• WG14. В отличие от перечисленных выше «собратьев», WG14 – это угломер. Используется для измерения углов между соединяемыми деталями в диапазоне от 0 до 90 градусов. В качестве вспомогательного элемента на обратной стороне измерительного блока имеется встраиваемый пузырьковый уровень.

• WG16. Конструкция уникальна наличием на базовой пластине поворотного диска, на котором нанесены метрические и дюймовые шкалы. Дополнительно к этому предусмотрен подвижный указатель и ползунок. WG16 используют для того, чтобы измерять вогнутость, выпуклость и катеты угловых швов, высоту швов, глубину подрезов, неоосносность и смещение заготовок, глубину точечной коррозии, углы разделки кромок в пределах 60 градусов. Шаблон также пригоден для использования в качестве обычной линейки.

Шаблон Красовского​

Другие обозначения – УШК-1 и измеритель плавности переходов. Это многозадачный инструмент для проведения ВИК в соответствии с РД 03-606-03. Изделие представляет собой пластину особой формы, без каких-либо подвижных деталей, зато с двумя шкалами:

• для контроля нахлестанных и тавровых сварных соединений. Градуировка от 0 до 15 мм с ценой деления шкалы в 1 мм. Отклонение нанесённых штрихов от действительных значений не превышает ±0,5 мм;
• для стыковых швов. Шкала от 0 до 5 мм имеет цену деления 0,5 мм (при отклонении не более ±0,25 мм). Эта же шкала позволяет проверять зазор между кромками.

Шаблон сварщика УШК-1 не рассчитан на измерение ширины сварного шва (разве что для приблизительной оценки), зато позволяет с точностью до ±0,05 мм замерять высоту усиления и выпуклость корня.

TapiRUS​

Новая разработка НИИИН МНПО «Спектр», выпущенная в 2019 году. Заявляется как единое универсальное решение взамен многочисленным специализированным инструментам для метода ВИК. TapiRUS позволяет измерять все основные геометрические параметры сварных соединений (стыковых, продольных, тавровых) и поверхностных несплошностей, а именно:

• ширину и выпуклость сварного шва;
• катет скоса и углового шва;
• зазоры;
• смещение кромок;
• высоту впадин;
• высоту/глубину западания между валиками, коррозионных поражений, кратеров, неполного заполнения, увода и смещения кромок, царапин, рисок, чешуйчатости;
• ширину усиления;
• притупление;
• толщину стенки трубы или листа;
• овальность;
• углы между соединяемыми элементами и скоса кромок (в частности, высоту/глубину углового смещения);
• глубину подреза и пр.

Для контроля такого большого количества параметров в конструкции шаблона предусмотрен целый набор линеек, шкал, индикаторных рисок, линеек, калибров и щуп. Для обработки результатов производитель разработал специальное приложение для ПК и мобильных устройств на базе Android.

«Правомерность» применения шаблона сварщика TapiRUS для контроля по требованиям РД 03-606-03 подтверждалась положительным заключением Головного аттестационного центра Национального агентства контроля и сварки («ГАЦ МР НАКС»). В настоящее время внесён в Государственный реестр СИ РФ.

Bridge Cam​

Другое обозначение – MG8. Основные элементы конструкции – базовая пластина с тремя шкалами, ползунок с ещё одной шкалой и подвижный указатель с риской. Bridge Cam позволяет измерять:

• вогнутость и катеты угловых швов;
• выпуклость швов;
• глубину точечной коррозии;
• угол разделки кромок в диапазоне от 0 до 60 градусов;
• смещение и несоосное расположение деталей;
• глубину подрезов.

Шаблон сварщика Bridge Cam может применяться и в качестве линейки (с диапазоном измерений до 60 мм). Предназначен, в первую очередь, для работы по зарубежным стандартам. Имеет градуировку в дюймах и мм.

V-WAC​

Инструмент для работы по зарубежным стандартам. По функционалу очень близок к российским УШС-3 и УШС-4. V-VAC используется для контроля:

• смещения наружных кромок;
• ширины швов и размеров притупления;
• высоты усиления стыковых соединений;
• глубины/высоты вогнутости швов;
• подреза корня шва;
• глубины и высоты дефектов – пор, раковины и пр.

Шаблон сварщика V-VAC имеет дюймовую градуировку. Одна из особенностей инструмента – особая форма подвижного указателя (при необходимости можно зафиксировать стопорным винтом). Ещё одна «фишка» – наличие штатных отверстий (1/6 и 1/8 дюйма) для визуального сравнения с диаметром пор.

INOX​

Ещё один инструмент для работы по зарубежным нормативам. С точки зрения выполняемых функций он схож с отечественным шаблоном Ушерова-Маршака, хоть и сильно отличается от него внешне. При помощи шаблона INOX специалист ВИК может проверять:

• высоту валика усиления;
• катет углового шва;
• выпуклость корня шва;
• зазоры при подготовке деталей под сварку.

Рабочий диапазон измерений – от 0 до 20 мм.

HI-LO и его упрощённая версия SINGLE HI-LO​

HI-LO – ещё один «многозадачный» инструмент в нашем списке, позволяющий проверять:

• угол разделки кромок;
• толщину стенки труб;
• внутреннюю несоосность;
• высоту усиления сварного шва;
• катет углового шва;
• зазоры между деталями под сварку.

Менее функциональная разновидность HI-LO – SINGLE HI-LO. Данный шаблон создан для проверки стыкуемых заготовок перед сваркой, а именно – для определения внутренней несоосности и величины зазора. Измерения выполняются в диапазоне от 0 до 30 мм с погрешностью ±0,15 мм. В конструкции SINGLE HI-LO предусмотрены следующие ключевые элементы:

• корпус из нержавеющей стали;
• два внутренних подвижных зубца;
• две подвижные ноги;
• стопорный винт.

Оба инструмента имеют метрические шкалы и допущены к применению по российским НТД, хотя, в первую очередь, ориентированы на зарубежные стандарты.

ШПС-1​

В отличие от большинства перечисленных инструментов, данный шаблон сварщика предназначен для стыковых соединений не металлических (стальных), а полиэтиленовых газопроводов. Успешно применяется для контроля качества работ при строительстве и ремонте систем газоснабжения и газораспределения по требованиям СП 42-103-2003.

Шаблон представляет собой комплект из пяти пластин, на каждой из которых изготовлены парные пазы MIN и MAX – под разные диаметры и толщины стенок. Свой набор предусмотрен для двух самых распространённых марок полиэтилена – ПЭ80 и ПЭ100.

Порядок проведения контроля с применением ШПС-1 достаточно прост:

• шаблон прикладывают к образующей трубе над исследуемым стыком;
• грат стыка сопоставляется с пазами MIN и MAX;
• если высота/ширина грата укладывается в диапазон между MIN и MAX, то стык признают годным;
• если высота/ширина грата «не дотягивает» по размеру до паза MIN, а высота/ширина валика больше, чем паз MAX, то стык бракуют.

Шаблон ШПС-1 не только внесён в Госреестр СИ, но также официально одобрен со стороны НТЦ «Промышленная безопасность».

Как научиться работать с шаблоном сварщика​

Перво-наперво – следует разобраться с руководящей документацией на неразрушающий контроль. На объектах разных категорий – своя НТД. Как пример – РД-25.160.10-КТН-016-15, СТО Газпром 15-1.3-004-2023, РД 153-34.1-003-01 и пр. Из зарубежных – EN 13018:2001, ISO 17637:2003 и др. Далее, конечно же, нужно тщательно изучить технологические карты (инструкции), по котором проводится контроль.

Не менее важно читать учебные пособия и справочную литературу – труды Н.П. Калиниченко, А.В. Полупана, В.А. Троицкого, авторов из «СертиНК», НТЦ "Эксперт", АО "НИКИМТ-Атомстрой" и т.д. Различным шаблонам сварщика марки "ЭЛИТЕСТ" и работе с ними посвящено большое иллюстрированное учебное пособие, составленное специалистами группы компаний "РЕНТЕСТ". Отдельное учебное пособие по работе с шаблоном сварщика TapiRUS было также издано в НИИИН МНПО "Спектр".

Немало полезной информации можно подчерпнуть из паспорта, руководства пользователя или иной документации от изготовителя, которая прилагается к шаблону сварщика. Для общего развития можно также поискать инструкции и учебно-методические материалы для контролёров сварочного производства.

И, конечно же, важна регулярная практика. Несмотря на то, что ВИК считается самым простым методом НК, здесь не обойтись без работы над собой. Чем больше сварных швов вы проверяете, чем чаще вы пользуетесь измерительными инструментами, чем более правильные вопросы вы задаёте своему наставнику (опытным специалистам в лаборатории) – тем скорее у вас сформируются необходимые навыки.

Где купить шаблон сварщика​

Зарегистрированным пользователям «Дефектоскопист.ру» многие производители предоставляют скидки в зависимости от количества заказанных инструментов. Если у вас возникнут вопросы по выбору и применению шаблона сварщика, вы всегда можете задать вопрос в разделе «Визуальный и измерительный контроль» на форуме. Из партнёров сообщества «Дефектоскопист.ру» производством и продажей данных инструментов занимаются следующие компании.