Введение к работе
Актуальность работы Современное состояние промышленности в СССР требует всемерного повышения качества выпускаемой продукции, повышения ее надегности и работоспособности.
В решении этих задач важную роль играют методы и средства неразрушающего контроля 1НК). Их развитие относится к числу важнейших направлений научно-технического прогресса. Особое место среди объектов НК занимают сварные конструкции, которые выполняются из различных металлов и сплавов посредством соединений различного типа (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) и различных видов к способов сварки. Несмотря на большое разнообразие методов НК, для сварных соединений наиболее широко применяются радиационные и акустические.
В то же время известно, что магнитные методы характеризуются высокой.чувствительностью к дефектам малого раскрытия и яв-' ляются по сравнению с радиационными и в некоторых случаях с акустическими ресурсосберегающими. Это в полной мере относится к магнитографическому методу. Тем не менее объем применения магнитографии для контроля сварных соединений невысок и ограничивается только стыковыми швами в соединениях, выполненных сваркой плавлением из незакаливаюшихся сталей (имеются в виду стали, незакаливаюіиеся в результате воздействия термического цикла сварки). Для контроля угловых, тавровых и нахлесточных. соединений, выполненных сваркой плавлением и давлением, магнитографический, как и другие магнитные методы, в настоящее время не применяется*
Объясняется это целым рядом причин, связанных в основном, с особенностями сварных соединений, которые затрудняют выявление дефектов сплошности: наличие усиления сварного шва, неодно-родностей химического состава и структуры, неравномерного распределения остаточных сварочных напряаений, изменения текстуры металла в различных зонах сварного соединения. Указанные особенности по разниму влияют на возможности магнитографического метода в зависимости от типе сварного соединения, вида и способа сварки, класса сталей и конструктивных особенностей реального изделия.
Учитывая, что на сварные конструкции расходуется свыше
50 металла, выпускаемого в нашей стране, повышенна качества и экономичности сварных конструкций за счет расширения применения магнитографического контроля является валкой народно-хозяйственной задачей.
Решение этой ванной народно-хозяйственной задачи невозиоа-но без исследования научной проблемы установления зависимостей мегду распределением ыагнитостатических полей в зона сварных соединений и способами, средствами и технологией магнитографического контроля (НПО.
Целью работы является создание способов, средств и технологии МГК сварных соединений с учетом их особенностей.
Для достинения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1) обобщить и развить теорию формирования ыагнитостатичес
ких полей в зоне качественного сварного соединения и соединения
с дефектом с учетом формы усиления шва и соединения, неоднород- "
ностей химического состава и структуры, напряженного состояния
и текстура;
-
разработать способы повышения помехоустойчивости и чувствительности ыагнитографического метода контроля соединений, выполненных сваркой плавлением и давлением;
-
разработать способы определения параметров дефектов и зазоров в монолитных и многослойных конструкциях;
-
разработать способы выявления дефектов типа слипание в соединениях, выполненных сваркой давлением;
-
разработать принципы проектирования намагничивающих устройств (НУ) и контрольных образцов, а такие технологии МГК с учетом особенностей сварных соединений и объектов контроля.
Работа выполнена согласно Координационному плану ГКНТ СИ СССР по сварочной науке и технике, в который на 1974-1985 годы были вклочены исследования метода, разработки методики и средств МГК сварных стыковых соединений, # гос.регистрации (ГР) ,730415533; электрозаклепочныи соединений, > ГР 73054709; сварных соединений многослойных труб, ГР 780220068; дисков, оребренных труб и груб диаметром 150-600 мм, №ГР 79034379; трубных заготовок, выполненных сваркой трением, Щ> 01.82.0065434; дефектов типа "слипание" в точечных соединениях, выполненных контактной сваркой, № ГР 81007426; протяженных сварных швов резервуаров, * ГР 0I.86.9II2I74.
Часть работ ( Jf ГР 79034379, 01.82.0085434, 81007426), а таг-зе работы "Исслєдоввїь, разработать .и Енедритв магнитографический метод контроля сварных соединений труб (? 10-200 ыы. с переменный сечением стенки" № ГР 01.87.0060429, "Исследовать и разработать магнитографический метод контроля сварных соединений труб из закаливающихся сталей с метрологическим обеспечением средств не-разрушавшего контроля" включены в медвузовскую целевуї) комплексную програмну на І98І-І99І годи "Разработка и применение методов и средств неразрушающего контроля качества промышленных изделий". Методы исследований Основные задачи работы решались теоретический и экспериментальным способами с осциллографировснием про*-цесса НТК и представлением топографии ыагнитостатнчэсхих полей но двухксординатиом графопостроителе Н-305.
Эксперименты проводились на образцах из низкоуглеродистих, среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Толщина обрасцоз, выполненных сваркой плавлением: 2-24 мы; точечной сваркой: от I + I ics до 2,5 + 5 ш. Для измерения магнитных солей исполлвова-ли узкие полоски магнитной ленты, наззвниые впоследствии локальными ленточными ыагнитоносителями (МП), ферроэонд-градиэнтсметр (0 0.1 мы, длина I мм); датчик Холла (прибор GJ-43II), измеритель напряженности магнитного поля конструкции ИФЫ УрО АН СССР 5г.Сверд-ловск). Применяли магнитные ленты И—1701, В-3806; дефектоскопы ЦД-ІІГ, ДЦУ-2У, ЦМГД, флюксметр S-I8 и универсальный цифровой прибор ф-5050; осциллограф СВ-ІЗ. При аналитическом расчете иагнито» статичвеких полей использовали ЭВН ЕС-Ї022 и " Искра".
Научная новизна работы заключается в развитии теории и совершенствовании методологии НТК, позволившим обосновать логическую связь между распределением ыагнитостатических полей в зоне сварных соединений и созданием новых способов, средств к технологии НТК» учитывающих особенности этих соединений.
Научная новизна формулируется следующими полоненнями. Применительно к швам, выполненным сваркой плавлением из любых ферромагнитных сталей показано, что преобладающее влияние на распределение результирующего ыагнитостатического поля ^гпМ оказывает усиление сварного шва и создание способов, средств и технологии НТК должно строиться с учетом этой особенности сварных соединений.
Наличие остаточных напряжений не измвнябе фориы хривой Wf#/V/ в зоне усиления сварного вва. Тангенциальная составляющая поля
усиления сварного шва /Aj0 (х) направлена противополовно тангенциальной составлявшей намагничивавшего поля Н-со что обусловливает размагничивавшее действие усиления сварного шва и в результата - снижение чувствительности МГК; наиболее реальный путь повышения чувствительности ИГК сварных соединений заклвчается в снижении / /УГе> / за счет введения дополнительного магнитного потока Ф непосредственно в усиление, для чаго предложен ряд способов и устройств.
Для повышения помехоустойчивости магнитографического метода предлога» способ, заключавшийся в совместном считывании записи с двух магнитных лент, полученных с эталонного качественного образца и контролируемого объекта (КО} при намагничивании их постоянным магнитным полем одинаковой напряженности и различного направления.
На основе противополоЕности векторов Я^о н поля дефекта №?d предлоаен новый способ определения наличия дефекта при Щ по снипенив амплитуды сигнала от краев усиления шва.
2. Применительно к соединениям, выполненным сваркой плавле
нием и давлением из закаливавшихся сталей показано, что неодно
родность ьшгнитостатичаских полей обусловлена неоднородность!:
структуры металла в ЗТВ и приводит к появлении помех при МГК в
зависимости от высокого отпуска, проводимого после сварки.
Дяя изделий, не подвергаемых высокому отпуску, следует применять способы отстройки полей дефектов от помех, заклвчавциеся в НТК по остаточной намагниченности, либо в приложенном поле на режимах, соответствующих нелинейным участкам магнитной характеристики ленты.
Высокая производительность и чувствительность к трещинам
ыалого раскрытия (3 мкм и вьше) в изделиях, подвергаемых высокому
отпуску, обеспечивается при МГК в приложенном поле и применении
предложенного спороба расширения магнитного отпечатка поля дефек
та На ленте. . /:'.,
3. Применительно к соединениям, выполненным сваркой давлени
ем показана, что различная текстура металла в литом ядра и слипа
нии в точечных сварных соединениях из одинаковых по химсоставу
сталей обусловливает отличив их магнитных характеристик в области
слабых полей и является основанием для разработке способа магнит
ного контроля точечных сварных соединений: при намагничивании
соединений параллельно поверхности высота литого ядра определяет
ся по экстремальным значениям нормальной Ип и тангенциальной Ит
составлявших ыагнитостатического поля, резкое снижение которых свидетельствует о наличии слипания; диаметр литого ядра определяется по параметру %х (расстояние между максимумами Нр )
Высокая достоверносто контроля точечных ссарных соединения обеспечивается за счет предложенного способа, заключающегося в размагничивании изделия после сварки, последующего намагничивания в области слабых полей и считывания ///» феррозондом-градиспто-
метрои.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в создании научного обеспечения способов, средств и технологии МГК, позволяющих повысить чувствительность и помехоустойчивость метода, создать возможности дефектометрии и эталонирования при контроле сварных соединений.
На этой основе:
1) разработаны способы и методики измерения тангенциальной
и нормальной составляющих магнитостатического поля на криволинейной поверхности шва посредством JDIU и показано, что первым этапом при разработке НУ и технологии МГК является исследование Нхп (*) и Ипп (*) на реальном изделии;
-
разработаны способы и средства повышения чувствительности МГК до Ъ% от толщины контролируемого металла в стыковых соединениях, выполненных автоматической сваркой под флюсом и для толщин 6-20 мм определены параметры швов, при которых надежно выявляются непровары в корне шва величиной 55;
-
впервые созданы способы отстройки от помех, обусловленных чешуйчатостью сварного шва, не снижающие чувствительности ЫГК;
-
даны практические рекомендации по способам контроля, выбору оптимальных режимов намагничивания и построению НУ, обеспечивающих помехоустойчивость МГК и высокую чувствительность метода к трещинам в ЗІВ сварных соединений закаливающихся сталей в зависимости от проведения высокого отпуска после сварки;
-
разработаны способы определения параметров усиления овар-ного шва и дефекта, величины расслоения (зазора) в многослойной конструкции, толщины металла магнитографическим методом;
-
впервые в практике магнитного контроля разработан способ, технология и НУ для выявления слипания в точечных сварных соединениях;
-
для метрологического обеспечения МГК сварных соединений разработан ряд универсальных контрольных (стандартных) образцов,
учитывающих толщину металла, параметры и форму усиления сварного шва, параметры дефектов и параметры литого ядра точки;
-
впервые обоснована возможность и созданы способы и средства эталонирования МГК сварных соединений;
-
предложены новые принципы конструирования НУ и создания технологии МГК;
Практически все созданные способы контроля и эталонирования, устройства н контрольные образцы защищены авторскими свидетельствами (33 а.с. и 5 положительных решений по заявкам на изобретения). -
С учетом особенностей сварных соединений и реальных конструкций разработаны технологии, НУ, контрольные образцы, которые внедрены на Саратовском заводе "Промыаш", Амурском машиностроительном заводе, Цогилевском ПО ."Лифтмаш", предприятиях A-I233, Р-6578, Куйбышевском агрегатном ЕО и др. с реальным экономическим эффектом свыше 500 тыс.руб.
В результате теоретических, экспериментальных и прикладных исследований решена вавная дел народного хозяйства задача повышения качества и экономичности сварных конструкций за счет разработки и внедрения новых способов, средств и технологии магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений с учетом их особенностей.
Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Закономерности распределения магнитостатичаского поля на поверхности сварного соединения в зависимости от форш усиления сварного шва, координат располокения дефекта, неоднородностей химического состава » структуры, напряненного состояния и текстуры металла сварного соединения.
-
Способы, расширяющие информативность МГК за счет получения распределения Нхп и Hhn в зоне сварного соединения, измеренных посредством ЛЛМ.
-
Новый принцип создания способов и устройств, обеспечивающих повышение однородности магнитостатического поля и чувствительности МГК сварных соединений с усилением.
-
Новый подход.к информативности МГК и основанный на этом способ определения наличия дефекта по изменение амплитуды сигнала от краев усиления шва.
-
Способы отстройки поля дефекта от полей, обусловленных чёшутойчатостьо, усилением сварного шва, нооднородкостьп структуры ЗТВ спорных соединений закаливаюіцнхся сталей.
-
Способы определения: параметров дефектов, усиления сварного два, величины зазора в многослойных сварных конструкциях, толцины металла цагннтографическиы методом.
-
Способы контроля точечных соединений, выполненных контактной и дуговой сваркой, обеспечивающие выявление слипаний и определение параметров литого ядра точки и диаметра электрозак-лошси.
-
Новые принципы построения НУ, заключающиеся в учете параметров усиления сварного шва и габаритов изделия, а такае ряд устройств для намагничивания кольцевых н продольных швов.
-
Универсальные контрольные (стандартные) образцы для мет-рологического обеспечения магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений.
-
Способы эталонирования НТК сварных соединений.
-
Принципы разработки технологии НТК сварных соедингккй с учетом их особенностей.
Апробация работы. Основные научные полования и рззулгтаты работы долонзны и обсуддены на ІХ-ХІІ Всесоюзных научно-тсхни» чоских конференциях по нораэрутавщим физический методой и средствам контроля (Минск - 1981, Львов - 1984, Москва - 1987, Свердловск - 1990), Всесовзных ыезашузовских конференциях по электромагнитному контроле (Рига - 1975, Омск - 1983), Белорусских рэо» публиканских конференциях по НК (Кинск: 1973-1978), Республиканских научно-технических конференциях по сварка (Могилев: І972-І99І), Уральских региональных конференциях "Современные методы неразру-шавдего контроля и их метрологическое обеспечение" (Свердловск, Иневск, Устинов: IS8I-I990), Республиканских научно-технических . конференциях н семинарах по НК, проводимых в Риге, Куйбышеве в 1975-1990 годах; на меддународмоа конференции "Сварные конструкции" (Киев, 1990 г.).
Диссертационная работа дрлокена н обсулдена на научных семинарах кафедр "физические методы контроля", "Оборудование а технология сварочного производства" Ногилевского машиностроительного института, отдела НК института Электросварки им.Е.ОЛатона Ш УССР, кафедры электротехники и интроскопии ЮН, кафедры сварки
\
ЖГУ им.Н.Баумана, заседаниях Научного Совета по проблеме "Электромагнитные метода измерений и неповреядзсцего контроля материалов и изделия" ИФМ УрО АН СССР, Научного Совета отдела нераэрушаюцих методов исследований металлов НПО "ЦНИИТ1ШІ".
Публикации. Основное содержание диссертационноа работы отражено в 70-и научных работах, в том числе 33-х авторских свидетельствах и 5-й положительных решениях на изобретения, двух монографиях, 23-х статьях а центральных журналах, 7-й тезисах докладов на различных конференциях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8-ми глав, заключения, библиографии (358 наименований) и приложений.
