6.5 Будова і принцип роботи товщиноміра dio-570

Імпульсний товщиномір DIO-570 (рисунок 6.1) призначений для вимірювання товщини напівфабрикатів і готових виробів, в матеріалах яких можливе поширення ультразвукових хвиль при односторонньому доступі до них. Він працює за принципом вимірювання часу t поширення ультразвукового імпульсу у виробі від поверхні введення УЗК до донної поверхні і назад (рисунок 6.2). Товщина, що при цьому вимірюється, рівна:

, (6.1)

де с- швидкість ульзтразвуку в металі;

t – час поширення ультразвукового імпульсу.

Діапазон вимірювання товщини залежить від типу п’єзо-перетворювача і складає 1-199,9 мм. В схему акустичного тракту включений перетворювач з роздільними приймачем та випромінювачем, які конструктивно об’єднані в один розділь-но-суміщений п’єзоперетворювач. Використовуючи як інфор-мативний параметр часовий інтервал між відбитим від зов-нішньої і внутрішньої поверхонь імпульсами, підвищує точ-ність вимірювання, бо виключається вплив на результат вимі-рювання величини зазору між випромінюючою поверхнею п’єзоелектричного перетворювача і зовнішньою поверхнею контрольованого об’єкту.

6.6 Порядок виконання роботи

5.6.1 Ознайомитись з будовою і призначенням функціо-нальних клавіш товщиноміра (рисунок 6.2). Перед початком роботи слід пересвідчитись в наявності пов­ного комплекту необхідних для його проведення засобів.

6.6.2 За допомогою з’єднувального кабелю підключити п’єзоелектричний перетворювач (ПЕП), який входить в ком-плект приладу, до електронного блоку товщиноміра. При під-ключенні ПЕП до товщиноміра слід врахувати, що кабель, який підключається до передаючого роз’єму товщиноміра, маркується чорною трубочкою-насадкою, тому помічений трубочкою штекер ПЕП повинен бути вставлений у верхнє гніздо.

1 – рідкокристалічний дисплей; 2 – виклик меню і спостереження величин; 3 – п’єзоелектричний перетворювач;4 – передавальний з’єднувач;

5 – приймальний з’єднувач; 6 – ввімкнення приладу;

7 – ввід; 8 – зміна вибраного параметра.

Рисунок 6.1 – Загальний вигляд і призначення функ-ціональних клавіш УЗ-товщиноміра DIO-570

Рисунок 6. 2 – Схема реалізації методу луна-імпульсної товщинометрії

6.6.3 Натиснути клавішу Θ на передній панелі товщи-номіра. Після натискання на екрані приладу появиться пові-домлення ЕЕЕ, що говорить про вихід приладу на режим вимі-рювання.

6.6.4 Встановити матеріал контрольованого виробу згід-но таблиці стандартних матеріалів, яка занесена в пам’ять приладу. Для цього необхідно натиснути клавішу МЕНЮ і тримати не менше 3 с. Далі клавішами ↑ і ↓ викликати коман-ду tAb і натиснути клавішу . Матеріал вибирається згідно його абревіатури у таблиці (див.паспорт на прилад), наприк-лад сталі ОсЕ. Після вибору матеріалу слід натиснути клавішу . Прилад перейде в режим вимірювання (на екрані висві-титься повідомлення ЕЕЕ).

6.6.5 Провести калібрування приладу на мірі товщини. Для цього прикласти перетворювач до поверхні міри через контактне середовище. Тривалим натисканням клавіші МЕ-НЮ (не менше 3 с) викликається команда сАО (калібрування нуля), яка вводиться натисканням клавіші . Клавішами ↑ і ↓ встановлюється відома товщина зразка і фіксується натис-канням клавіші . На екрані появиться символ dOn (готово), а потім ЕЕЕ (режим вимірювань).

6.6.6 Отримати зразки для контролю. Ділянки, які підля-гають контролю, необхідно очистити від бруду та рихлих про-дуктів корозії за допомогою жорсткої волосяної або метале-вої щітки. Очищені поверхні рекомендується промити роз-чинником (уайт-спiрiтом, гасом тощо) або водою. Для ство-рення надійного акустичного контакту застосувати солідол та інші консистентні мастила.

6.6.7 Провести вимірювання товщини. Для цього слід встановити ПЕП на поверхню об’єкту контролю. При наяв-ності акустичного контакту на екрані появляться покази вимі-ряної товщини в міліметрах, наприклад 12.6. Поява показів ЕЕЕ свідчить про відсутність акустичного контакту.

6.6.8 Прилад вимикається автоматично приблизно через 5 хв після закінчення роботи.

6.6.9 Результати вимірювань занести у звіт з лабораторної роботи встановленого зразка (додаток Д). Зробити необхідні висновки

6.7 Запитання для самоконтролю

6.7.1 Які є методи товщинометрії?

6.7.2 В чому фізична суть кожного з методів товщиноме-трії?

6.7.3 Які типи перетворювачів використовуються для акустичної товщинометрії?

6.7.4 Як ділять акустичні товщиноміри за характером фізичних принципів?

6.7.5 Дайте характеристику стандартних зразків для перевірки товщиномірів.

6.7.6 В чому суть визначення товщини за допомогою ім-пульсних товщиномірів?

6.7.7 Що використовується як інформативний параметр з метою підвищення точності вимірювання?

6.7.8 Чим зумовлене використання імерсійного середо-вища?

6.7.9 Які елементи входять до комплекту товщиноміра?

6.7.10 Який порядок роботи з товщиноміром?

Лабораторна робота № 7

ВИВЧЕННЯ Методики виявлення дефектів у гладкій та різьбових частинах бурового обладнання з використанням ультразвукового методу контролю

7.1 Мета роботи

Освоїти принцип роботи і методику налаштування луна-імпульсного дефектоскопа для контролю обладнання, вивчити методику виявлення внутрішніх дефектів обладнання з використанням імпульсного ультразвукового дефектоскопа.

7.2 Тривалість і місце проведення роботи

Робота проводиться в лабораторії кафедри технічної діагностики і моніторингу. Тривалість роботи – 2 години.

7.3 Обладнання і матеріали

Ультразвукові дефектоскопи УД2 – 12, DIO 562 і набір перетворювачів. Стандартний зразок СО-1 для налаштування приладів. Взірці для контролю.

7.4 Основні теоретичні відомості

В світовій практиці неруйнівного контролю обладнання на сьогоднішній день припадає 60 % усього об'єму не- руйнівного контролю. У нафтогазовій галузі ультразвуковий контроль застосовують, наприклад, при контролі корпусів вертлюгів, осей талевих блоків, замків бурильних труб, зварних з'єднань резервуарів і трубопроводів і т. д.

Ультразвукова дефектоскопія (УЗД) заснована на влас-тивості ультразвукових хвиль направлено розповсюджувати-ся в середовищах і відображатися від меж середовищ або по-рушень суцільності (дефектів), що володіють іншим акустич-ним опором.

УЗ-контроль широко поширений в промисловості для виявлення дефектів: тріщин, непроварів, шлакових і інших включень у деталях товщиною від 1,0 мм до 2800 мм. До експлуатаційних параметрів луна-методу відносяться: чутли-вість методу контролю і роздільна здатність. Чутливість ме-тоду контролю характеризує мінімальні розміри дефектів того або іншого типу, які впевнено (із заданою ймовірністю) вияв-ляються у виробах певного типу.

В практиці контролю якості використовують в основному луна-імпульсний метод (або метод луна-локації). Він полягає в озвучуванні виробу короткими імпульсами 1 ультразвуку і реєстрації луна-сигналів 3, відображених від дефекту до приймача. Ознакою дефекту є поява луна-сигналу (імпульсу) 3 на екрані дефектоскопа (рисунок 7.1,а). У деяких випадках ультразвуковий контроль доцільно здійснювати тіньовим (рисунок 7.1, б) або дзеркально-тіньовим методом. При тіньовому методі ознакою дефекту є зменшення амплітуди сигналу 4, що пройшов від випромінювача до приймача. Тіньовий метод дозволяє використовувати не імпульсне, а безперервне випромінювання. Ознакою дефекту при дзеркально-тіньовому методі є зменшення амплітуди сигналу 2 (див. рисунок 7.1, а), відображеного від протилежної (донної) поверхні виробу.

Г – генератор зондуючих імпульсів, П – приймач

Рисунок 7.1 – Схема ультразвукового контролю

луна-імпульсним (а) і тіньовим (б) методами

Апаратура для ультразвукового контролю складається з п’єзоперетворювача, що містить п’єзоелемент для випромі-нювання і прийому ультразвукових коливань, електронного блоку (власне дефектоскопа) і різних допоміжних пристроїв.

Перетворювачі. Їх ділять на три основні типи (рисунок 7.2): прямі (а), які випромінюють у виріб поздовжню хвилю перпендикулярно контактній поверхні (поверхні введення УЗК); похилі (б), які вводять в метал поперечну хвилю під кутом до поверхні введення, і роздільно-суміщені (в), які забезпечують введення в метал поздовжньої хвилі під кутом 5 – 10 °С до площини, перпендикулярної поверхні введення. Основним елементом п’єзоперетворювача є п’єзоелемент у вигляді диска або прямокутної пластини товщиною, рівній половині довжини хвилі випромінюваних ультразвукових коливань [25].

Прямі і похилі перетворювачі працюють в основному за суміщеною схемою, тобто один і той же п’єзоелемент є випро-мінювачем і приймачем ультразвукових коливань.

В PC-перетворювачах одна п’єзопластина підключена до генератора електричних коливань і служить випромінювачем УЗК, а інша до приймача. Між ними розміщений акустичний екран 7.

Залежно від товщини шару контактної рідини, між про-тектором 4 і виробом перетворювачі ділять на контактні, у яких шар рідини значно менше довжини хвилі ультразвуку; щілинні, у яких товщина шару співмірна з довжиною хвилі; імерсійні, у яких контактний шар значний по товщині. Вибір типу перетворювача за способом створення акустичного кон-такту залежить від якості поверхні контрольованого виробу. Наприклад, для контролю виробів з грубою поверхнею (на-приклад, після піскоструминної обробки) доцільно використо-вувати щілинний перетворювач.

а) б) в)

а – прямий, б – похилий (призматичний),

в – роздільно-суміщений (PC);

1 – корпус, 2 – демпфер, 3 – п’єзопластина,

4 – захисне денце (протектор), 5 – призма,

6 – струмопідвід, 7 – акустичний екран.

Рисунок 7. 2 – Зовнішній вигляд та конструктивні елементи ультразвукових п’єзоперетворювачів

Ефективні також перетворювачі, в яких протектор вико-наний з еластичного матеріалу, наприклад поліуретану, або у вигляді гідравлічної подушки з гумовою оболонкою (імерсій-ної локальної ванни), яка забезпечує надійний акустичний контакт. Рекомендовані параметри перетворювачів наведені в табл.4.1.

Електронний блок. Він призначений для генерації зон-дуючих імпульсів високочастотної напруги, для посилення і перетворення луна-сигналів, відображених від дефекту, і наочного відображення амплітудно-часових характеристик луна-сигналів на екрані електронно-променевої трубки (ЕПТ) або рідкокристалічного дисплея.

Таблиця 7. 1 – Рекомендовані параметри п’єзоелектрич-них перетворювачів

Товщина стінки ос­нов­­но­го металу конт­ро­­льованого елементу, мм	Робоча частота, мГц	Кут вводу ультра­звукових коливань
до 8,0 включно	5,0	70
від 8,0 до 12,0 включно	5,0; 2,5	65
від 12,0 до 26,0 включно	2,5	65
від 26 до 40,0 включно	2,5; 1,8	65; 50

Горизонтальна розгортка екрана є часовою. Відстань по розгортці від зондуючого імпульсу до прийнятого сигналу пропорційно часу проходження імпульсу від п’єзопластини до дефекту і назад. Таким чином, знаючи швидкість ультразвуку і напрям руху потоку випромінювання, можна визначити ко-ординати дефектів або товщину виробу вимірюванням цього часу за допомогою рухомої П-подібної мітки глибиноміра, яка називається строб-імпульсом.

Відхилення променя на ЕПТ у вертикальному напрямі (висота імпульсів) характеризує амплітуду прийнятого сиг-налу і є пропорційною величині дефекту. Для вимірювання амплітуди в дефектоскопах є спеціальні градуйовані прилади – атенюатори.

Дефектоскоп настроюють на спеціальних еталонних зразках (СО-1, СО-2, СО-3). Зовнішній вигляд дефектоскопа з ЕПТ (УД2-12) наведений на рисунку 7.3 (а).

В даний час застосовують мікропроцесорні дефекто-скопи, що дозволяють проводити багатопараметрову обробку відображеного сигналу, що підвищує інформативність контро-лю. У дефектоскопах даного типу інформація виводиться на рідкокристалічний дисплей, завдяки цьому дефектоскопи да-ного типу володіють невеликими габаритами і масою. Зов-нішній вигляд мікропроцесорного дефектоскопа з рідкокрис-талічним дисплеєм (DIO-562) наведений на рис.7.3 (б).

Для проведення УЗД обладнання використовують дефектоскопи, що працюють в діапазоні частот 1 – 10 МГц.

а) б)

а – УД2-12; б – DIO 562

Рисунок 7.3 – Загальний вигляд ультразвукових дефектоскопів

Умовними розмірами виявленого дефекту є: протяж-ність, ширина, висота.

Умовну протяжність в міліметрах виміряють по довжині зони між крайніми положеннями перетворювача, переміщу-ваного вздовж поверхні.

Умовну ширину в міліметрах вимірюють по довжині зо-ни між крайніми положеннями перетворювача, переміщува-ного в площині падіння променя.

Умовну висоту в міліметрах або мікросекундах вимірю-ють як різницю значень глибини розташування дефекту в крайніх положеннях перетворювача, переміщуваного в пло-щині падіння променя.

При вимірюванні умовних розмірів за крайні положення перетворювача приймають такі, при яких амплітуда луна-сиг-налу від дефекту, що виявляється, або складає 0,5 від мак-симального значення, або зменшується до рівня, відповідного заданому значенню чутливості.

Допускається за крайні положення приймати такі, при яких амплітуда луна-сигналу від дефекту, що виявляється, складає задану частину від 0,8 до 0,2 від максимального значення. Прийняті значення рівнів повинні бути вказані при оформленні результатів контролю [24].

7.5 Порядок проведення контролю

7.5.1 Перед початком контролю слід пересвідчитись в наявності повного комплекту необхідних для його проведення засобів.

7.5.2 Засоби контролю слід підготувати до роботи у вiд-повiдностi з ви­мо­гами експлуатаційної документації, переві-рити їх працездатність та здійснити настроювання, якщо це передбачається методикою контролю. Ультразву­кову апарату-ру необхідно настрою­вати на спецiальних зразках для настро­ювання.

Зверніть увагу: підключати п’єзоперетворювачi до ультразвуко­вих приладів слід після вимкнення їх живлення.

7.5.3 Ділянки, якi підлягають контролю, необхідно очис-тити від бруду та рихлих продуктів корозії за допомогою жорсткої волосяної або металевої щітки. Очищені поверхні рекомендується промити розчинником (уайт-спiрiтом, гасом тощо) або водою [1]. Гострі виступи і нерівності на поверхні видалити за допомогою ручної шліфувальної машинки з дрібнозернистим наждачним каменем, напилком і наждачним папером. Ультразвуковий контроль можна вести навіть при чорновій поверхні. При зачистці деталі стежити за тим, щоб її розміри не вийшла за межі допусків розмірів деталі.

7.5.4 Для створення надійного акустичного контакту застосовується солідол та інші консистентні мастила. Для го-ризонтальних поверхонь можна застосовувати воду.

7.5.5 Настроювання апаратури для контролю плоскої гладкої частини обладнання (розглянуто на прикладі стикового зварного з’єднання з підсиленням) здійснюється в наступній послідовності:

– УЗ хвилі потрібно вводити в шов через основний метал за допомогою похилих акустичних перетворювачів Вибір перетворювача провести згідно рекомендацій таблиці 7.1. Розрізняють способи прозвучування прямим, одно-, дво- і багатократно відбитим променем [10].

–  налаштування швидкості розгортки здійснити по кутах зразка для настроювання (рисунок 7.4). При цьому плавно переміщуючи п’єзоперетворювач від центральної частини до будь-якого з країв по поверхні взірця, послідовно отримати відбиті від нижнього кута взірця прямим променем, від верхнього кута – однократно відбитим променем сигнали; відбиття від нижнього і від верхнього кута зразка для настроювання визначити по зміні висоти сигналу при прощупуванні місць відбиття пальцем, змоченим контактною речовиною;

регулятором розгортки встановити положення луна-сигналу від верхнього кута зразка таким, щоб він знаходився біля (на відстані від 10 до 15 мм) правого краю екрану дефектоскопа;

– налаштування строб-імпульса здійснити по зарубках в зразку для настроювання (рисунок 7.5). Для цього, переміщуючи перетворювач по поверхні зразка, знайти луна-сигнал від нижньої зарубки прямим променем (рисунок 7.5); при нерухомому положенні перетворювача сумістити передній фронт строб-імпульса з переднім фронтом одержаного луна-сигналу від нижньої зарубки регулятором положення переднього фронту строб-імпульса.

δ - товщина зразка

Рисунок 7.4 – Зразок для налаштування на дефектоскопію елементів обладнання

1 – стандартний зразок підприємства;

2 – п’єзоелектричний перетворювач;

3 – зарубка; 4 – зондуючий імпульс;

5 – імпульс від зарубки прямим променем;

6 – імпульс від зарубки однократно відбитим променем

Рисунок 7.5 - Схема налаштування чутливості дефектоскопа

Далі, переміщуючи по поверхні взірця перетворювач, знайти луна-сигнал від верхньої зарубки взірця однократно відбитим променем і сумістити з його заднім фронтом задній фронт строб-імпульса регулятором положення його заднього фронту;

– апаратура вважається налаштованою на дефекто-скопію, якщо при переміщенні п’єзоперетворювача по зовнішній поверхні зразка для настроювання кожний раз в момент попадання штучного дефекту в зону випромінювання УЗК на екрані дефектоскопа з’являється стійкий імпульс від штучного дефекту. При такому налаштуванні строб-імпульсу спрацьовує система автоматичної сигналізації дефектів (АСД).

7.5.6 В ручному варіанті контролю прозвучування звар-ного з’єднання треба виконувати по способу поздовжнього і (або) поперечного переміщення перетворювача. Переміщу-вати п’єзоперетворювач необхідно по зовнішній поверхні вздовж лінії сканування (рисунок 7.6) таким чином, щоб акустичне випромінювання було направлене в сторону очікуваного дефекту; в процесі зворотно-поступального руху перетворювач необхідно повертати на 15° відносно осі напряму випромінювання, при цьому необхідно забезпечити постійний акустичний контакт перетворювача з поверхнею контрольованої деталі. Крок поперечного переміщення перетворювача не повинен перевищувати половини ширини його призми. Границі переміщення перетворювача повинні забезпечувати прозвучування всього перерізу зони контролю.

7.5.7 Перед початком прозвучування регуляторами чутливості приймального тракту дефектоскопа встановити так звану “пошукову чутливість” на (3 – 6) дБ вищу від зафіксо-ваної при настроюванні. В процесі контролю ознакою виявлення дефекту служить поява на екрані дефектоскопа імпульсу у зоні строб-імпульсу розгортки і (або) спрацьовування інших індикаторів дефектоскопу (світлового чи звукового). При появі вказаних сигналів шляхом визначення координат відбиваючої поверхні встановлюють приналежність виявленого дефекту контрольованому шву.

Рисунок 7.6 – Схема переміщення перетворювача при контролі гладких частин обладнання

7.5.8 При виявленні дефекту необхідно зафіксувати координати положення п’єзоперетворювача і місце-знаходження дефекту у шві.

7.5.9 Результати УЗ-контролю оформляються у вигляді заключення встановленої форми (додаток Ж). До заключення повинна бути додана схема проконтрольованого з’єднання із вказаними на ній місцями розташування дефектів.

7.5.10 У випадку контролю різьбової частини обладнання (наприклад, замкової різьби ніпельної та муфтової частини вертлюга, різьбової частини турбобура) під’єднати до роз’єму дефектоскопа похилий п’єзо-перетворювач з кутом призми 50º і робочою частотою 2,5 МГц.

7.5.11 Швидкість розгортки екрану регуляторами налаштувати по положенню луна-сигналу від відбитого прямого звукового променя від першого повного витка різі при введенні УЗК із зовнішньої поверхні корпусу. Глибину прозвучування встановити рівною глибині залягання впадини першого витка різьби, наприклад для контролю турбобура ця величина рівна 11,7 мм Чутливість дефектоскопа налаштувати по зарубці з еквівалентною площею 3,6 мм² (3мм × 1,2мм) на зразку для налаштування.

7.5.12 В процесі контролю перетворювач слід зигзагоподібно (аналогічно, як на рисунку 7.6) переміщати по зовнішній поверхні корпусу над різзю, так як при налаштуванні і контролі акустична вісь перетворювача перетинає вісь корпусу. Величина його поздовжнього перемі-щення повинна бути рівною довжині різі, тобто приблизно 118 мм, а поперечного – не більше ширини перетворювача (рисунок 7.7).

Рисунок 7.7 – УЗ-контроль різьбової частини турбобура

7.5.13 Спочатку контроль різі необхідно вести спрямуванням ультразвукового променя у бік торця корпусу (прямий хід). Після повного оберту по поверхні корпуса навколо осі змінити положення перетворювача на протилежне і знову повторити зигзагоподібні рухи по довжині зони контролю (зворотній хід). У першому випадку в зоні контролю з'являтиметься імпульс від конічної проточки, що виходить на торець корпусу. В процесі сканування за зоною контролю виникає серія імпульсів від витків різьби; імпульси то віддалятимуться, то наближатимуться до зони контролю внаслідок конусності різьби.

7.5.14 Імпульси, розташовані в кінці зони контролю, ре-тельно перевірити, оскільки їх джерелами можуть бути рис-ки, заусенці і інші небезпечні поверхневі дефекти. Перевірку здійснити шляхом прощупування місця віддзеркалення пальцем. При зачистці таких місць абразивним кругом ім-пульс повинен зникнути.

7.5.15 За результатами контролю оформити звіт згідно рекомендацій п.7.5.9.

7.6 Запитання для самоконтролю

7.6.1 В чому фізична суть УЗ-дефектоскопії?

7.6.2 В чому суть луна-імпульсного методу контролю?

7.6.3 Які параметри луна-методу є експлуатаційними?

7.6.4 Які типи перетворювачів використовуються при УЗ-контролі?

7.6.5 З яких основних елементів складається УЗ-перетво-рювач?.

7.6.6 Види і призначення імерсійних середовищ.

7.6.7 Будова і призначення електронного блоку дефекто-скопа.

7.6.8 Які умовні розміри дефекту визначаються?

7.6.9 Які вимоги ставляться до стану контрольованої поверхні?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 8

ВИВЧЕННЯ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ КОНТРОЛЮ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЕЛЕМЕНТІВ ОБЛАДНАННЯ

8. 1 Мета роботи

Метою роботи є дослідження особливостей методів виз-начення фізико-механічних характеристик матеріалів і вив-чення обладнання, яке при цьому використовується.

8. 2 Тривалість і місце проведення роботи

Робота проводиться в лабораторії кафедри технічної ді-агностики і моніторингу. Тривалість роботи – 2 години.

8. 3 Обладнання і матеріали

Прилади для вимірювання твердості – твердомір ТД – 32 і ТКР – 35, структуроскоп КРМ-Ц-К3, зразки елементів обладнання.

8. 4 Основні теоретичні відомості

В світовій теорії та практиці неруйнівного контролю можна відмітити такі методи неруйнівного контролю фізико-механічних характеристик (ФМХ) металів: акустичні, магніт-ні, вихреструмові та термоелектричні [24].

Застосування акустичних методів контролю ФМХ мате-ріалів (величина зерна, модулі пружності, твердість, текстура, міцність і т.д.) базується на зв’язку цих характеристик із акус-тичними характеристиками матеріалів (швидкість поширення, коефіцієнт затухання пружних хвиль, характеристичний імпе-данс і т.д.). При поширенні акустичних коливань в середовищі проходить поглинання механічної енергії, обумовлене гістере-зисом, теплопровідністю і розсіянням ультразвуку на грани-цях зерен і структурних складових металу. По виміряних зна-ченнях швидкостей поширення ультразвуку можна визначати міцність виробів. Надзвичайно поширеними є методи вимірю-вання твердості, які базуються на дослідженні взаємодії інден-тора із контрольованим виробом.

При магнітному контролі фізико-механічних властивос-тей об’єктів використовується зв’язок між фізико-механічни-ми та магнітними параметрами. В магнітній структуроскопії оцінюють зміну магнітних параметрів і по них визначають різні фізико-механічні властивості об’єктів, які їм відповіда-ють.

Метод коерцитивної сили. По коерцитивній силі визна-чають якість різних виробів і ведуть контроль величини зерна мікроструктури деталей. Методом коерцитивної сили можна здійснювати контроль твердості і товщини загартованого ша-ру термооброблених поверхонь виробів. При цьому викорис-товують приставні електромагніти коерцитиметра з визначе-ними геометричною формою і площею полюсних наконечни-ків і задають необхідну глибину проникнення магнітного по-току у виріб.

Незмінність величини коерцитивної сили на відміну від інших магнітних характеристик матеріалу при вимірюванні розмагнічуючого чинника лежить в основі методу залишкової індукції. Контроль по залишковій намагніченості використо-вується для сталей, для яких відомий зв’язок залишкової індукції або намагніченості із механічними властивостями. Повністю намагнітити деталь великих розмірів доволі важко, тому часто намагнічують ділянку деталі за допомогою постій-ного магніту або електромагніту. Дуже ефективним в таких випадках є імпульсне намагнічування за допомогою солено-їда, який встановлюється перпендикулярно поверхні об’єкта контролю.

Метод ефекту Баркгаузена ще називають методом маг-нітних шумів. Існує залежність шумів від мікроструктури, хі-мічного складу, режимів термообробки, наявності дефектів, магнітоактивних включень, шорсткості поверхні феромагне-тика, його геометричних розмірів, електропровідності. В осно-ві методу лежить розподіл імпульсів ЕРС по амплітудах, тривалості, спектральному складу заповнення імпульсів. Як інформативний параметр, по якому здійснюється контроль, використовують середню за період перемагнічування потуж-ність шуму в смузі частот або спектральну густину шуму.

Для визначення вмісту феритної фази безпосередньо в готових стальних виробах застосовуються феритометри. Оскільки феритна фаза визначає магнітну проникність сталей, визначити її вплив можна, вимірюючи магнітну проникність. Змінний магнітний потік, який створюється збуджуючою ко-тушкою, залежить від магнітного опору ділянки об’єкта кон-тролю, який визначається вмістом феритної фази.

Визначення структурно-чутливих електричних і магніт-них характеристик матеріалів або виробів за допомогою змін-ного магнітного поля складає основу вихреструмового кон-тролю структури і властивостей матеріалів. Можливість та-кого контролю пов’язана із особливостями поведінки металів в змінних полях, перш за все із зміною його фази при проник-ненні в провідний матеріал і з неоднозначною залежністю магнітної проникності від напруженості поля.

Для феромагнітних матеріалів і виробів величина вихро-вих струмів залежить від трьох параметрів: електропровід-ності, розмірів виробу та магнітної проникності.

Термоелектричний контроль знайшов широке застосу-вання завдяки простоті конструкції і експлуатації термоелек-тричних приладів. В основі методу лежить доволі стійка коре-ляція між структурним станом (фазовий склад, величина зер-на, твердість), напруженнями в металі та термоЕРС. Термо-електричним методом можуть виявлятись зони підвищеного вмісту вуглецю, міді, кремнієвих ліквацій в залежності від складу сплаву і умов кристалізації. Значення термоЕРС і твер-дості прямо залежать від вмісту вуглецю в твердому розчині.

Для більшості діючих конструкцій твердість є єдино дос-тупним для вимірювання показником механічних властивос-тей, оскільки відбір проб і зразків для лабораторних дослід-жень практично неможливий. Це зумовило розвиток і застосу-вання методів вимірювання твердості металів за допомогою переносних приладів, які реалізують неруйнівні методи.

Твердість – це властивість матеріалу чинити опір пруж-ній і пластичній деформації ділянок його поверхні при міс-цевих контактних діях з боку іншого більш твердого металу.

Найпоширенішими методами вимірювання твердості є:

- метод Вікерса – (ГОСТ 2999-75 [15]), оснований на вдав-люванні в поверхню металу алмазного індентора у формі чо-тиригранної піраміди з кутом при вершині ≈ 136°С;

- метод Брінеля (ГОСТ 9012-59 [12]), оснований на вдав-люванні в метал стальної кульки певного діаметра;

- метод Роквела (ГОСТ 9013-59 [13]), оснований на вико-ристанні як індентора алмазного конуса з кутом при вершині 120°С і радіусом заокруглення 0,2мм або стальну кульку діа-метром 1,5875мм.

Вибір методу визначення твердості залежить від різних чинників: твердості матеріалу, розмірів і форми зразка (де-талі), товщина вимірюваного шару матеріалу. Значення твер-дості, одержані різними методами, пов’язані між собою і, з деяким наближенням, можуть бути переведені одне в одного.

Вимірювання твердості проводять для перевірки відпо-відності твердості основного металу конструкцій вимогам нормативно-технічної документації; визначення механічних властивостей металу (непрямим методом); виявлення змін в матеріалі, що виникли в результаті застосування технології виготовлення, ремонту або у зв’язку з тривалою експлуата-цією.

Вимірювання твердості може проводитися безпосеред-ньо на діючій конструкції, або в лабораторних умовах на зраз-ках металу з використанням переносних твердомірів статич-ної або динамічної дії.

При наявних значеннях твердості поверхонь конструкцій є можливість непрямим методом визначати інші механічні ха-рактеристики: межу міцності, межу текучості, межу витри-валості, відносне видовження, відносне звуження

Границя міцності ( , МПа) – напруження руйнування зразка при одновісному розтягу, яке визначається як відно-шення навантаження, при якому відбувається руйнування до початкової площі поперечного перерізу робочої частини зраз-ка.

Границя плинності ( , МПа) – (умовна границя плинності) – напруження, при якому залишкова деформація в зразку (залишкове видовження) досягає 0,2%. Визначається як відношення навантаження на зразок при одновісному розтягу, що викликає деформацію 0,2%, до початкової площі попереч-ного перерізу в робочій частині зразка.

Значення міцнісних характеристик металів і зварних з’єднань визначають за результатами статичних випробувань на розтяг (ГОСТ 1497-84 [19] для основного металу і ГОСТ 6996-66 [14] для зварних з’єднань). З достатньо великим ступенем достовірності для визначення міцнісних характеристик можна використовувати кореляційні співвідношення між ними і результатами вимірювань твердості. Співвідношення між значеннями твердості ( ) і границею міцності металу приводяться в ГОСТ 22761-77 [16]. Для непрямого визначення міцнісних характеристик використовуються наступні співвідношення:

, (8.1)

; (8.2)

(8.3)

, (8.4)

, (8,5)

. (8.6)

Границя витривалості ( , МПа) – основна характеристика витривалості матеріалу. Це найбільше значення максимального напруження циклу, яке витримує метал без руйнування при повторенні заданого числа циклів навантаження. Оцінка границі витривалості проводиться по ГОСТ 25.502-79 [17] і ГОСТ 25.504-82 [18].

Для встановлення зв’язку границі міцності і границі плинності з межею витривалості матеріалу пропонується цілий ряд залежностей:

, (8.7)

, (8.8)

. (8.9)

Відносне видовження (%) – це величина, що ха-рактеризує збільшення довжини зразка в результаті дефор-мації при розтягу.

(8.10)

де: , – кінцева і початкова довжини робочої частини зраз-ка.

Для розрахунку відносного видовження конструкційних вуглецевих і легованих сталей запропоновано наступний ви-раз:

(8.11)

Відносне звуження (%) – це величина, що характери-зує граничну здатність матеріалу до пластичної деформації до розриву.

(8.12)

де: , – кінцева і початкова площі поперечного перерізу зразка.

Для визначення відносного звуження вуглецевих ста-лей в залежності від виду їх попередньої термічної обробки можна використовувати наступні залежності:

(8.13)

– для сталей в загартованому і відпущеному стані;

(8.14)

– для нормалізованих сталей;

(8.15)

– для сталей після відпалу.