1 Цель работы

Приобрести практические навыки, оценки качества сварочных швов методом магнитной памяти металла.

2 Задание

2.1 Изучить содержание работы, применяемое оборудование, конструкцию прибора ИКНМ-2ФП и правила техники безопасности.

2.2 Провести контроль сварочного шва.

2.3 Составить отчет о работе.

3 Оснащение рабочего места

3.1 Прибор ИКНМ-2ФП.

3.2 Контролируемые детали.

3.3 Плакаты с наглядными материалами.

4 Теория вопроса

Понятие "магнитная память металла" введено автором впервые в 1994 году и до этого времени в технической литературе не применялось. Были известны термины и понятия "магнитная память Земли" в археологических исследованиях; "магнитная память" в звукозаписи; "эффект памяти формы", обусловленный ориентированными внутренними напряжениями в изделиях из металла.

На основе установленной взаимосвязи дислокационных процессов с физикой магнитных явлений в металлах изделий введено понятие "магнитная память металла" и разработан новый метод диагностики. По аналогии с эффектом памяти формы, "магнитная память металла" - это эффект магнитной памяти деформации металла, обусловленной ориентированными внутренними напряжениями. Уникальность метода магнитной памяти металла (МПМ) заключается в том, что он основан на использовании эффекта возникновения высокой намагниченности металла в зонах больших деформаций металла элементов конструкций, обусловленных действием рабочих нагрузок. При этом никакого источника искусственного намагничивания нет, кроме слабого магнитного поля Земли, в котором мы все находимся.

Многие наблюдали также эффекты возникновения высокой намагниченности металла, например в случае распила ножовкой какого-либо металлического изделия, или на конце отвертки после её воздействия на шурупы, в местах трения при соприкосновении металлических изделий (например, зубьев шестеренок). Появление аномальной намагниченности можно наблюдать на металлической проволоке, в месте её циклической деформации. Когда ломаем проволоку, циклическим ее изгибая в разные стороны, мы ощущаем пальцами нагрев проволоки в месте максимальной деформации. И если в этом месте сделать измерение с помощью прибора-магнитометра, то мы зафиксируем увеличение намагниченности металла. Демпфирование колебаний – поглощение энергии механических колебаний (например, лопаток турбин), сопровождается выделением магнитной энергии и, соответственно, ростом остаточной намагниченности металла. Перечень наблюдаемых на практике случаев возникновения намагниченности металла изделий без источника искусственного магнитного поля можно еще продолжить.

Если, например, в каком-то месте конструкции действует циклическая нагрузка, и есть внешнее магнитное поле (например, поле Земли), то в этом месте происходит рост остаточной намагниченности. После снятия нагрузки обратимая составляющая исчезает, а остаётся только необратимая составляющая остаточной намагниченности. В силу магнитоупругого эффекта происходит как бы "самонамагничивание" труб в зонах концентрации напряжений от рабочих нагрузок. В ходе дальнейших промышленных исследований было установлено, что "самонамагничиванию" подвержены практически все узлы оборудования и конструкций.

На основе экспериментальных исследований явления магнитной памяти металла был разработан ряд практических методик контроля и специализированные современные приборы, которые позволяют в режиме экспресс-контроля без какой-либо подготовки объекта контроля (ОК) (в отдельных случаях через слой краски или изоляции) путём сканирования вдоль поверхности (например, протяжённого трубопровода) фиксировать места магнитных аномалий, соответствующие зонам концентрации напряжений (ЗКН) – источникам повреждений. Ни при каких условиях с искусственным намагничиванием в работающих конструкциях такой источник информации, как собственное магнитное поле, получить невозможно. Только в малом внешнем поле, каким является магнитное поле Земли, в нагруженных конструкциях, когда энергия деформации на порядок превосходит энергию внешнего магнитного поля, такая информация формируется и может быть получена. В практических работах показано, что метод МПМ может применяться, как при работе оборудования (в режиме мониторинга), так и после снятия рабочих нагрузок, во время ремонта. В силу "магнитодислокационного гистерезиса" магнитная текстура, сформировавшаяся под действием рабочих нагрузок, после их снятия как бы "замораживается". Таким образом, предоставляется уникальная возможность путём считывания этой информации с помощью специализированных приборов выполнять оценку фактического напряженно-деформированного состояния оборудования и выявлять на раннем этапе зоны максимальной поврежденности металла. Перспективным представляется использование метода МПМ для оценки ресурса и живучести различных металлоконструкций, так как этот метод интегрально объединяет потенциальные возможности неразрушающего контроля, материаловедения, механики разрушения.

Сварка существует более 100 лет, а самый главный фактор, определяющий надежность сварного соединения - распределение остаточных сварочных напряжений, до сих пор не контролируется из-за отсутствия методов неразрушающего контроля, пригодных для использования в широкой практике. Использование эффекта магнитной памяти металла позволяет решить эту задачу. Путём считывания остаточной намагниченности, которая сформировалась естественным образом в процессе сварки и последующего остывания металла, нам предоставляется уникальная возможность выполнять интегральную оценку состояния сварного шва: выявлять дефекты сварки одновременно с распределением остаточных сварочных напряжений.

Формирование магнитной (доменной) текстуры в сварных соединениях происходит одновременно с кристаллизацией при остывании металла в слабом магнитном поле Земли (или цеха) и прохождении через известную физическую точку Кюри (760-770°С для углеродистых марок сталей). В условиях, когда энергия термических деформаций и напряжений на порядок больше энергии слабого магнитного поля, распределение остаточной намагниченности в металле шва обусловлено соответствующим распределением остаточных напряжений (ОН).

В ходе промышленных исследований нами было установлено, что магнитная память металла на ферромагнитных изделиях (а в отдельных случаях на изделиях из парамагнитного материала) отображает их структуру и технологическую наследственность. В процессе изготовления любых изделий (плавка, ковка, штамповка, термическая обработка, сварка) при их остывании ниже Тк в слабом магнитном поле Земли (или цеха) естественным образом происходит формирование магнитной текстуры. Изучив распределение естественной намагниченности на большом количестве новых изделий после различных технологических процессов на заводах-изготовителях, был разработан рад практических методик контроля качества продукции. При этом выявлены уникальные возможности использования магнитной памяти металла для контроля эффективности технологий изготовления продукции (контроль качества литья, термических обработок и др.).

4.1 Устройство и принцип прибора ИКНМ-2ФП

ИКНМ-2ФП предназначен для определения зон концентрации напряжений при экспресс-контроле малогабаритных изделий и узлов оборудования, в том числе при контроле в труднодоступных местах. Имеет: цифровую индикацию измеряемых данных без регистрации; блок памяти с возможностью записи до 1000 измерений.

ИКНМ-2ФП модернизированный имеет возможность записи информации в энергонезависимую память 2Мб с последующим сбросом данных на компьютер, а также возможность отображения параметров контроля в виде графиков на жидкокристаллическом графическом индикаторе с разрешением 97х32 точки.

Двухканальный датчик без устройства регистрации длины. Контроль данным датчиком проводится по численным значениям напряженности поля рассеяния Нр в точке контроля. В приборах имеется специальный режим построения графиков распределения магнитного поля Нр с использованием этого датчика. Целесообразно применять для контроля в труднодоступных местах или на деталях, форма которых не позволяет использовать сканирующие устройства.

4.2 Последовательность работы

Последовательность измерения заключается в следующем. Сканирующее устройство устанавливается на определенном расстоянии от поверхности контролируемого шва и наблюдается за значением изменения магнитного поля.

Пример, приведенный на рис. 7, показывает высокую неоднородность поля остаточных сварочных напряжений в ЗТВ, а в сварном шве выделены участки 1 и 2 с зонами КН и с внутришовными дефектами. Вид внутреннего дефекта сварного шва требует уточнения одним из объемных методов дефектоскопии (УЗД, рентгено- или -графия), т. е. использования дополнительного метода дефектоскопического НК.

Рис. 7. Сварное стыковое соединение пластин 200×50×8 мм. Сварка в углекислом газе полуавтоматическая. Участки несплавления во втором проходе сварного шва (вертикальное положение при измерении Нр)

5 Отчет

5.1 Описать назначение детали и условия ее работы.

5.2 Представить эскиз детали, с указанием сварочных швов.

5.3 Представить результаты измерения прибором ИКНМ-2ФП.

5.4 Заключение о качестве сварочного шва.

6 Контрольные вопросы

6.1 Что лежит в основе работы прибора ИКНМ-2ФП?

6.2 Какие дефекты в сварочных швах можно определить с помощью прибора ИКНМ-2ФП?

6.3 Каким образом можно определить местонахождение дефектов в сварочном шве?

7.4 Какие дефекты в сварочных швах существуют и за счет чего они образуются?

Определение допустимых геометрических параметров ремонтируемых изделий