Контроль качества сварных соединений

ления подповерхностных дефектов лучше использовать сухой метод нанесения порошка. С увеличением напряженности приложенного поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность метода.

При контроле магнитопорошковым методом лучше выявляются плоские дефекты (трещины, непровары, несплавления) небольших размеров, расположенные под прямым углом относительно направления магнитного потока. Дефекты круглой формы (поры, шлаковые включения, раковины) не могут создавать достаточного потока рассеяния и при контроле обнаруживаются плохо.

Практикой установлено, что магнитопорошковым методом лучше выявляются поверхностные и подповерхностные (на глубине не более 2 мм) трещины с раскрытием 0,01 мм, высотой от 0,05 мм и длиной 0,5 мм и более.

С увеличением глубины залегания дефекта уменьшается скорость скопления магнитного порошка и увеличивается ширина линии порошка, что затрудняет выявление дефектов и определение их характера.

Наибольшая чувствительность метода достигается при контроле гладкообработанной поверхности.

Способы намагничивания

Существует три способа намагничивания: продольное, циркуляционное и комбинированное (табл. 6.1).

Продольное намагничивание осуществляется с помощью электромагнитов, постоянных магнитов и соленоидов. В этом случае поле направлено вдоль оси сварного шва или детали. Применяется для обнаружения поперечных дефектов.

Циркуляционное намагничивание осуществляется при пропускании тока по контролируемой детали или через проводник (стержень), помещенный в отверстие детали. В этом случае поле направлено перпендикулярно плоскости кольцевого шва или продольной оси детали. При такой схеме хорошо выявляются продольные дефекты сварки. Применяется при контроле труб, валов, стержней и т.д.

Комбинированное намагничивание осуществляется при одновременном намагничивании детали двумя или несколькими магнитными полями. Например, намагничивание труб соленоидом и пропусканием переменного тока через проводник, проходящий внутри трубы.

101

Таблица 6.1

Основные способы намагничивания

102

Аппаратура и материалы

Основные части дефектоскопов:

–источник тока;

–устройство для подвода тока к детали;

–устройство для полюсного намагничивания (соленоиды, электромагниты);

–устройство для нанесения контролируемого порошка или суспензии;

–измерители тока (или напряженности поля).

Вдефектоскопах наиболее распространено циркуляционное намагничивание пропусканием переменного тока по детали (или стержень)

ипродольное намагничивание постоянным током.

Восновном применяются дефектоскопы трех видов:

1)стационарные универсальные;

2)передвижные и переносные;

3)специализированные (стационарные и передвижные).

Порошок. В основном используют мелкопомолотую закись железа Fe3O4 с размером частиц 5–10 мкм. Иногда используют чистую железную окалину FeO, полученную при прокатке и ковке, а также стальные опилки.

Для лучшей индексации дефектов изделий различного цвета применяют цветные порошки (красный, серебристый). Их получают окрашиванием или отжигом по специальной технологии.

Для приготовления суспензии используют масляно-керосинные смеси (1:1), содержащие 50–60 г порошка на 1 л жидкости; мыльно-водные суспензии: 5–6 гмыла, 1 гжидкогостеклаи20–30 гпорошкана1 лжидкости.

6.1.2. Магнитографический метод

(ГОСТ 25225–82)

Среди магнитных методов дефектоскопии наибольшее распространение для контроля качества сварных швов получил магнитографический метод.

Сущность этого метода заключается в намагничивании контролируемого участка сварного шва и околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля на магнитную ленту и последующем считывании полученной магнитограммы на ленте с помощью специальных воспроизводящих устройств – магнитографических дефектоскопов.

103

На магнитной ленте регистрируются тангенциальные составляющие магнитных полей, содержащие информацию о характере и величине дефектов. При считывании магнитограмм воспроизводящим устройством формируется электрический сигнал, который преобразуется и поступает на экран электронно-лучевой трубки дефектоскопа (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Схема магнитографического контроля сварного шва: 1 – намагничивающее устройство; 2 – сварной шов; 3 – дефект; 4 – магнитная лента

На характеристики сигнала (амплитуду, частотный спектр и т.д.) оказывает влияние большое число факторов:

–режим намагничивания изделия;

–геометрия поверхности;

–размеры , форма, глубина залегания и ориентация дефектов;

–направление намагничивания и считывания информации с ленты;

–параметры чувствительного элемента – магнитной головки воспроизводящего устройства;

–амплитудно-частотные характеристики канала передачи информацииотчувствительногоэлемента доэкрана электронно-лучевойтрубки;

–различные помехи и шумы.

Несмотря на обилие факторов, искажающих первичную информацию, магнитографический метод обладает значительно более высокой чувствительностью, чем магнитопорошковый.

104

Особенности метода

Регистрация полей рассеяния от дефектов на магнитную ленту производится только в приложенном магнитном поле, а преобразование информации в электрический сигнал осуществляется по остаточной намагниченности ленты.

Такая двухступенчатость позволяет получить максимально возможное количество информации при минимальных ее потерях.

Магнитографическим методом хорошо выявляются протяженные дефекты (трещины, непровары, цепочки и скопления шлаковых включений и газовых пор), преимущественно ориентированные поперек направления магнитного потока при намагничивании.

Гораздо хуже выявляются одиночные шлаковые включения и газовые поры, особенно имеющие округлую форму.

Под чувствительностью магнитографического метода γ понимают отношение вертикального размера (глубины) минимально выявленного дефекта ∆ h к толщине стенки δ основного металла контролируемого изделия:

γ = ∆δh 100 %.

Критерием выявления дефекта минимальных размеров (критерий выявляемости) служит допустимое отношение амплитуды сигнала Ад от этого дефектакамплитудесигналаотслучайныхполей– шума Аш → Ад/ Аш.

При уменьшении (↓ ) допустимого отношения чувствительность увеличивается (↑ ), однако достоверность метода снижается.

В каждом конкретном случае необходимо оптимизировать этот критерий в зависимости от вида дефекта, положения его внутри изделия, режима намагничивания и типа принимаемой ленты.

Практикойустановлено, чтоэтимметодомувереннообнаруживаются:

–внутренние плоские дефекты, когда их размер составляет 8–10 % от толщины сварного шва;

–округлые внутренние дефекты, когда их размер по высоте не меньше 20 % толщины изделия.

Чувствительность магнитографического метода к поверхностным дефектам примерно такая же или несколько хуже, чем у магнитопорошкового. Чем глубже расположен дефект от поверхности изделия, на которую укладывают магнитную ленту, тем хуже он выявляется.

105

Современная аппаратура позволяет обнаруживать дефекты с вертикальным размером 10–15 % толщины изделия на глубине залегания до 20–25 мм.

На чувствительность магнитографического метода сильно влияет высота и форма усиления шва, а также состояние его поверхности.

Для лучшей выявляемости необходимо, чтобы высота усиления шва не превышала 25 % от толщины основного металла, а переход от наплавленного металла к плоскости был плавным.

Чешуйчатость на поверхности шва должна быть не более 25–30 % высоты усиления шва, но не более 1 мм. Для контроля швов с грубой чешуйчатостью необходимо производить зачистки шва.

Наилучшие результаты получаются при контроле швов, выполненных автоматическойсваркой(подслоемфлюсаиливсредезащитныхгазов).

Схема намагничивания

При магнитографическом контроле (продольное намагничивание) изделия намагничиваются с помощью специальных электромагнитов. Реже применяется циркуляционное намагничивание.

Для обнаружения внутренних дефектов намагничивание производят постоянным током. Для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов – переменным током.

Аппаратура и материалы

Считывание результатов контроля с магнитной ленты производится магнитографическими дефектоскопами.

Дефектоскоп имеет электродвигатель, приводящий во вращение барабан с несколькими магнитными головками (рис. 6.4). Головки перемещаются поперек магнитной ленты. Электрический сигнал с головки поступает в усилитель, усиливаетсявнемипоступаетвэлектронно-лучевуютрубку.

В комплект дефектоскопов входят намагничивающие устройства, которые состоят из П-образного магнитомягкого сердечника (магнитопровода) и обмотки.

Намагничивающие устройства выполняются с удлиненными полюсами, опирающимися на четыре немагнитных ролика. Опорные ролики создают между поверхностью контролируемого изделия и полюсами намагничивающего устройства воздушный зазор (2–3 мм ) постоянной величины, позволяющий электромагниту перемещаться свободно вдоль шва.

106

При видеоиндукции магнитный потенциальный рельеф полей рассеяния от дефектов переносится на экран электронной трубки в виде телевизионного изображения магнитограммы отдельных участков.

Известны дефектоскопы типа МД-9 с импульсной индукцией и МД-11 с видимым изображением.

Наиболее современны МДУ-2У, МД-10ИМ, МГК-1, имеющие двойную индукцию, т.е. двухлучевую электронную трубку с длительным просвечиванием экрана.

На одном общем экране двухлучевой трубки или на экранах двух трубок воспроизводится одновременно импульсное изображение сигналов и телевизионное изображение магнитограммы участка контролируемого сварного шва.

Это позволяет определить количественные и качественные характеристики выявляемых дефектов с достаточной наглядностью и точностью.

Магнитные ленты

Магнитная лента должна быть плотной, эластичной, плотно облегать неровную поверхность. Лента выполняется на триацетатной или лавсановой основе с нанесением на нее мельчайших ферромагнитных частиц:

МК-1 (на триацетатной основе) – ширина 35 мм; МК-2 (на лавсановой основе).

Они имеют:

– коэрцитивную силу Нс = 800 А/N;

– остаточную индукцию Br = 0,5…0,6 Тл;

– остаточный магнитный поток Фr = 10–8 Вб.

Применяют для контроля изделий из низкоуглеродистых и низколегированных сталей.

Лента МК-2 обладает более высокими физико-механическими свойствами, чем МК-1. Она применяется при температуре окружающего воздуха от +70 до –70 °С.

Лента МК-1 при t = –30 °С теряет свою эластичность.

Методика контроля

1.Осмотр и подготовка поверхности контролируемого изделия: удаляются остатки шлака, брызги расплавленного металла, грязь и т.д.

2.Наложение на шов магнитной ленты:

108

–магнитная лента перед началом работы должна быть подвергнута размагничиванию;

–прижим ленты осуществляется специальной «эластичной» подушкой для плоских швов или резиновым «эластичным» поясом для кольцевых швов.

3.Намагничивание контролируемого изделия. Выбираются оптимальные режимы в зависимости от типа намагничивающего устройства, толщины сварного шва и его магнитных свойств.

4.Расшифровка результатов контроля:

– магнитную ленту устанавливают на считывающее устройство

ипо сигналам на экранах дефектоскопа выявляют дефекты;

–перед воспроизведением дефектоскоп настраивают по эталонной магнитограмме с записью магнитного поля дефекта минимально допустимого размера;

–во время воспроизведения регистрируются все дефекты, амплитуда импульса от которых на экране осциллографа превышает амплитуду импульса от эталонного дефекта.

Магнитографический метод применяется для контроля стыковых швов, выполненных сваркой плавлением, для дефектоскопии швов магистральных трубопроводов (газопроводы, нефтегазопроводы).

Можно применять в технологическом цикле заводского производства, в монтажных условиях, толщина изделий 20–25 мм.

6.1.3. Феррозондовый метод

Феррозондовый метод основан на обнаружении полей дефектов с помощью магниточувствительных элементов – феррозондов .

Феррозонд состоит из двух полузондов – двух совершенно одинаковых пермаллоевых магнитопроводов, каждый из которых окружен первичной и вторичной обмотками, распределенными по его длине.

На практике применяют феррозонды-полимеры и феррозондыградиентомеры. Их принципиальное отличие в том, что у первых первичные обмотки соединены последовательно друг с другом, а у вторых такая схема реализована на вторичной обмотке. По сравнению с ферро- зондом-полимером градиентомер имеет преимущество: на его показания не влияют посторонние магнитные поля, имеющие гораздо меньший градиент, чем поле дефекта.

109

В магнитной дефектоскопии применяют обычно феррозонды длиной 0,5–2 мм (это связано с необходимостью выявления дефектов малых размеров).

Частота тока возбуждения 100–300 кГц.

С помощью таких феррозондов можно определять:

–поверхностные дефекты глубиной 0,1 мм и более;

–дефекты , залегающие на глубине 8–15 мм.

Это могут быть микро- и макротрещины, риски глубиной 0,01 мм и более, тонкие пленки и другие поверхностные дефекты.

Для обеспечения более высокой чувствительности метода и его достоверности поверхность контролируемого изделия должна иметь хорошую чистоту обработки.

Контроль можно производить в процессе намагничивания деталей (т.е. в приложенном поле) на остаточной индукции, после предварительного намагничивания изделия до насыщения. Второй способ более прост иудобен, ноприменяется толькодляизделийизнизкоуглеродистой стали.

Метод применяется для дефектоскопии цельнотянутых труб небольшого диаметра, прутков, заготовок, деталей шарикоподшипниковых изделий и др. Чаще всего контроль этих изделий проводят в автоматизированном варианте.

Установка МДСШ осуществляет феррозондовый контроль продольных швов труб, выполненных высокочастотной сваркой. «Радиан-1М» используется для механизированного контроля основного металла и сварных швов обечаек, котлов и корпусов реакторов для обнаружения поверхностныхиподповерхностныхдефектов(наглубине5 мм).

6.2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ (ВИХРЕВЫЕ) МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ

Метод вихревого контроля основан на анализе взаимодействия внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в объекте контроля этим полем (рис. 6.5).

Этим методом контролируются только электропроводимые материалы.

Физическую сущность можно пояснить следующим образом. Пусть имеются две рядом расположенные катушки (например, трансформатор без сердечника). Если по первой катушке пропустить ток, при изменении силы тока в ней или при изменении положения катушки во второй катушке наводится электродвижущая сила (ЭДС).

110