книги / Сварка в машиностроении. 4

несут никакой новой информации о дефектах с круговой индикатрисой по сравне­ нию с той, которая содержится в амплитуде эхо-сигнала от дефекта.

Конфигурацию и ориентацию дефекта в сечении шва определяют с тем, чтобы оценить его потенциальную опасность. При этом идентифицируют дефекты, на округлые и плоскостные путем (табл. 8) сравнения [1, 3, 14]: а) условных разме­

ров Д1,д и ДХд выявленного дефекта с расчетными или экспериментально уста­

новленными значениями AL0 и AJC0; б) максимальной амплитуды Ux эхо-сигнала, отраженного от выявленного дефекта обратно к ближнему от шва искателю, с ам­ плитудой U2 эхо-сигнала, претерпевшего зеркальное отражение от внутренней поверхности соединения и принимаемого двумя искателями, включенными по схеме «тандем»; в) отношения условных размеров р,д = Дхд/Д # д выявленного дефекта с отношением р.0 условных размеров для цилиндрического отражателя; г) угла уд между, крайними положениями искателя, соответствующими умень­ шению максимальной амплитуды эхо-сигнала от дефекта в 2 раза, со значением у0, оговариваемым в НТД на контроль.

Необходимость, возможность и методика оценки конфигурации и ориента­ ции выявленного дефекта для соединения каждого типа и размера оговаривается в НТД на контроль.

Перспективным способом оценки конфигурации и ориентации дефекта яв­ ляется спектральный, основанный на исследовании частотной зависимости ампли­ туды эхо-сигнала от дефекта. Указания по сокращенному описанию выявленного дефекта даны в ГОСТ 14782—76.

Оценка качества сварного соединения. Качество шва по результатам ультра­ звукового контроля оценивают в соответствии с требованиями технических усло­ вий на изделие; при этом, кроме перечисленных характеристик выявленных де­ фектов, учитывают также координаты их расположения в сечении шва, условное расстояние Д/ между дефектами (см. рис. 12) и число дефектов на определенной длине шва.

ОСОБЕННОСТИ КОНТРОЛЯ СОЕДИНЕНИЙ РАЗЛИЧНОГО ТИПА

Стыковые сварные соединения контролируют, как правило, эхо-методом наклон­ ным совмещенным искателем с одной стороны одной поверхности прямым (т = 0)

При контроле соединений толщиной 3—50 мм из сплавов алюминия условную чувствительность снижают на одно отверстие по СО № 1, а при контроле тех же соединений из сплава меди понижают частоту до — 1,5 МГц, повышая чувствитель­ ность на одно-два отверстия по СО № 1.

Швы аустенитного класса толщиной до 25—30 мм, если структура шва не вызывает заметного рассеяния ультразвуковых колебаний, контролируют ана-

логично швам из низколегированных сталей [12 J; в противном случае применяют двухчастотный вариант эхо-метода [2].

Тавровые соединения с полным проваром корня, как правило, контролируют эхо-методом со стороны привариваемого листа (стенки); вначале ведут поиск не­ провара в корне соединения искателем с углом а == а г (обычно « 65°), а за­ тем — поиск продольных трещин, пор и твердых включений искателем с углом

в корне контролируют со стороны полки. При этом ширину непровара определяют по испытательному образцу (рис. 13, в) или безэталонным способом по расчетной или экспериментальной зависимости амплитуды эхо-сигналов от ширины непро­ вара [3, 9].

Нахлесточные соединения проверяют со стороны основного листа (рис. 13, г). Для надежного выявления непроваров основного листа соединение дополнительно контролируют зеркально-теневым методом с помощью наклонных искателей, включенных по раздельно-совмещенной схеме [3, 14].

Швы контактной сварки контролируют эхо-методом. Для более надежного выявления дефектов в ряде случаев швы, выполненные сваркой оплавлением, прозвучивают по схеме «тандем», поскольку дефекты в них расположены строго вер­ тикально [14]. Практически не отражают ультразвука и не выявляются дефекты типа слипания (слабоокисленные непровары). Эти дефекты удается обнаружить при наличии сопровождающих их других дефектов (например, сильноокисленных непроваров). Эхо-метод с одним искателем применяют для контроля контактной сварки рельсов [8].

Сварные точки контролируют зеркально-теневым методом (рис. 13, б). При­ знаком отсутствия сварки является приход донного сигнала от первого листа к приемному искателю. Перемещая искатель по поверхности изделия, определяют размеры сварной точки. Недостатком данного способа является невозможность отличить наличие литого ядра (важнейший признак хорошей сварки) от слипания. Этим недостатком не обладают способы контроля в процессе сварки. Согласно од­ ному из них в верхний лист вводится нормальная волна, которая испытывает отражение от расплавленного ядра в момент его образования. По интервалу вре­ мени от момента появления эхо-сигнала, сообщающего о начале формирования ядра, до момента выключения сварочного тока можно оценить размеры ядра. Согласно второму способу излучающий и приемный искатели встроены в элек­ троды сварочной машины. Контроль ведут теневым методом. В момент сжатия свариваемых листов электродами проходит ультразвук. Сигнал уменьшается в мо­ мент образования расплавленного ядра, а после его застывания вновь возрастает. В этом случае особенно эффективно применение поперечных волн, прохождение которых полностью экранируется расплавленным ядром.

Конкретные рекомендации по методикам контроля сварных соединений даны также в работах [3, 12, 14].

НАДЕЖНОСТЬ И АВТОМАТИЗАЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО КОНТРОЛЯ

Надежность ультразвукового метода оценивают как надежность комплекса «де­ фектоскоп-оператор» [4]. Надежность оператора в комплексе обусловливается рядом субъективных факторов и может быть повышена введением периодической проверки основных параметров контроля, приспособлений для соблюдения пара­ метров сканирования, устройств регистрации объективного документа контроля, а также инспекционной выборочной проверки результатов контроля. Однако вы­ сокая надежность может быть обеспечена полной автоматизацией процесса кон­ троля, регистрации документа и оценки качества соединения. При этом перспек­ тивно применение систем сканирования с переменными параметрами и устройств обработки сигналов на базе ЭВМ [7, 12].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.ГОСТ 14782—76. Контроль неразрушающий. Швы сварные. Методы ультра-

эвуковые.

2.Гребенников В. В. Многочастотный способ ультразвукового контроля аусте­

нитных сварных швов. — Дефектоскопия, 1974, № 1, с. 81—88.

3.Гурвич А. К., Ермолов И. Н. Ультразвуковой контроль сварных швов. Киев, Техника, 1972, 460 с.

4.Гурвич А. К. Введение в общую теорию неразрушающего контроля сварных соединений. — В сб.: Комплексная дефектоскопия сварных и паяных соединений,

МДНТП, 1975, с. 126— 136.

5.Дианов Д. Б. Исследование направленности призматических искателей. —» Дефектоскопия, 1965, № 2, с. 8—22.

6.Ермолов И- Н. Методы ультразвуковой дефектоскопии. Московский горный институт, 1967, 267 с.

7.Круг Г. А. Некоторые принципы построения аппаратуры автоматизированного

ультразвукового контроля сварных соединений. М., Машиностроение, 1977, 46 с.

8.Кузьмина Л. И. Ультразвуковая дефектоскопия стыков контактной сварка рельсов. М., Машиностроение 1970, 36 с.

9.Кукли А. С., Веврик А. Е. Зависимость амплитуды эхо-сигнала при опредеЛенин ширины непровара безэталониым методом в тавровых соединениях. Дефекто­ скопия, 1975, № 4, с. 17—21

10.ОСТ 25391—73. Преобразователи ультразвуковые для дефектоскопии. М.,

Минприбор, 1973.

11.Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. М., Машино­ строение, ч. II. 1976, 326 с.

12.Химченко Н. В., Бобров В. А. Неразрушающий контроль в химическом и

нефтяном машиностроении. М., Машиностроение, 1978. 264 с.

Г л а в а 16

МАГНИТНЫЕ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Для контроля дефектов сварных соединений ферромагнитных изделий все более широко используют магнитные методы неразрушающего контроля. Они основаны на индикации и анализе магнитных полей рассеяния, возникающих в местах на­ рушения сплошности ферромагнитного сварного шва при воздействии на него магнитного поля. Изменение напряженности магнитного поля в месте дефекта регистрируется с помощью ферромагнитного порошка при магнитопорошковом способе контроля, магнитной пленки при магнитографическом способе и ферро­ зонда или индукционной катушки соответственно при феррозондовом и индукцион­ ном способах контроля.

МАГНИТОПОРОШКОВЫЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ

При магнитопорошковом способе контроля для намагничивания изделий применяют постоянный, переменный, однополупериодный выпрямленный и им­ пульсный токи. Контроль проводят в приложенном поле и в режиме остаточной намагниченности. Дефекты обнаруживаются наилучшим образом, когда на­ правление намагничивания контролируемого участка перпендикулярно направ­ лению дефекта.

Для создания оптимальных условий контроля применяют три способа на­ магничивания: циркулярное, полюсное и комбинированное.

Циркулярное намагничивание осуществляют путем пропускания гока по контролируемой детали или через проводник (стержень), помешенный внутри полой детали. Наиболее эффективно циркулярное намагничивание для деталей, имеющих форму тела вращения, например труб.

Полюсное намагничивание осуществляют с помощью электромагнитов (по­ стоянных магнитов) или соленоидов; оно может быть продольным, когда участок сварного шва намагничивается вдоль своего наибольшего размера, а также поперечным, когда сварной шов намагничивается в поперечном направлении.

Комбинированное намагничивание объединяет различные виды полюсного намагничивания, а также циркулярное.

Составной частью технологии магнитного контроля является размагничива­ ние деталей. Применяют два основных способа размагничивания деталей. Пер­ вый — это нагрев детали до температуры Кюри, при которой ферромагнитные свойства материала пропадают. В связи с тем, что нагрев может изменять меха­ нические свойства материала, указанный способ размагничивания используют редко. Второй способ заключается в размагничивании переменным магнитным полем с амплитудой, равномерно уменьшающейся от некоторой максимальной величины до нуля. В зависимости от материала размагничиваемого изделия, его размеров и формы применяют переменные поля различных частот от долей герц до 50 Гц.

Чем больше магнитная проницаемость материала и толщина детали (стенки детали), тем ниже должна быть частота размагничивающего переменного магнит­ ного поля. За начальную амплитуду размагничивающего поля, как правило, при­ нимают амплитуду намагничивающего поля. Для большинства материалов число размагничивающих периодов должно быть порядка 40—50.

“

Наиболее распространенными в магнитопорошковой дефектоскопии являются порошки окислов железа: магнетита Fe0Fe20 3 = Fe30 4 и (несколько реже) ферромагнитной окиси железа Fea0 3. При контроле различных деталей можно ис­ пользовать порошок различного цвета. Для деталей с блестящей светлой по­ верхностью применяют в основном порошок магнетита черного цвета. При кон­ троле деталей с черной поверхностью используют цветные (чаще кирпично-крас­ ного цвета) или магнитолюминесцентные порошки.

Магнитолюминесцентные порошки при ультрафиолетовом освещении позво­ ляют более четко выделять дефектные места, что облегчает распознавание дефек­ тов и повышает производительность контроля. Размер частиц порошка 0,1— 100 мкм. Для ускорения процесса осаждения порошка над дефектом применяют магнитные суспензии, представляющие собой взвесь магнитных частиц в жидкой среде. В большинстве случаев используют водные, а также керосино-масляные суспензии на основе не светящихся при ультрафиолетовом облучении масел. Раз­ мер частиц в суспензии от 40—60 до 0,1 мкм.

Магнитные пасты содержат смачивающие, антикоррозионные и другие при­ садки, необходимые для контроля. Наиболее распространены составы магнитных суспензий, приведенные в табл. 1.

Магнитопорошковый способ контроля позволяет обнаруживать поверхност­ ные и подповерхностные дефекты типа волосовин, трещин, расслоений, непрова­ ров, надрывов и т. п. Подповерхностные дефекты на глубине примерно до 100 мкм могут быть обнаружены практически при такой же высокой чувствительности, что и поверхностные дефекты. На расстоянии от поверхности более 2—3 мм могут быть обнаружены только относительно грубые дефекты. Магнитопорошко­ вый контроль по сравнению с другими магнитными методами*контроля является более универсальным и пригоден для деталей практически любых форм и разме­ ров. Чувствительность метода, определяемая минимальными размерами обнару­ живаемых дефектов, зависит от многих факторов, таких как магнитные характе­ ристики материала контролируемой детали, ее формы и размеров, характера (типа) выявляемых дефектов, шероховатости обработанной поверхности детали, режима контроля, свойства применяемого магнитного порошка, условий нанесе­ ния суспензии, освещенности осматриваемого участка детали и т. д.

Высшая чувствительность магнитопорошкового метода характеризуется по ГОСТу дефектами с раскрытием от 2,5 мкм и глубиной от 25 мкм.

Контроль магнитопорошковым методом состоит из следующих операций: ■одготовки детали к контролю, намагничивания детали, нанесения на деталь магмятного порошка или суспензии, осмотра детали для выявления дефектов, разбраковки и размагничивания.

Подготовка детали к контролю заключается в очистке поверхности детали от отслаивающейся ржавчины, грязи, а также от смазки и масел, если контроль осу­ ществляют с помощью водной суспензии или сухого порошка. Если поверхность детали темная и черный магнитный порошок на ней плохо виден, то деталь иногда сокрывают просвечивающимся тонким слоем белой краски (обычно нитролаком), после чего видимость отложений порошка на дефектах значительно улучшается. Постоянный ток наиболее удобен для выявления внутренних дефектов. Увели­ чение глубины промагничивания при использовании импульсного тока дости­ гается путем повторного (трех-пятикратного) намагничивания импульсами одного направления. Закалочные трещины при магнитопорошковом способе контроля могут быть обнаружены при заниженных режимах контроля или даже способом остаточной намагниченности на материалах с низкой остаточной индукцией. Поры и другие точечные дефекты выявляются в виде коротких полосок порошка, направление которых перпендикулярно направлению намагничивания.

Дефекты с большим отношением глубины к раскрытию могут быть обнару­ жены при меньших намагничивающих полях и способом остаточной намагничен­ ности. Подповерхностные дефекты дают менее четкое отложение валика порошка и, как правило, могут быть обнаружены только способом приложенного поля. Трудности различения дефектов магнитопорошковым методом связаны с воз­ можностью перебраковки из-за отложений порошка в местах с магнитной струк­ турной неоднородностью.

Магнитопорошковые дефектоскопы имеют источники тока и устройства для подвода тока к детали, для полюсного намагничивания (соленоиды, электромаг­ ниты), для нанесения на контролируемую деталь суспензии, осветительные, измерители тока (или напряженности поля). Дефектоскопы могут содержать также и дополнительные узлы для перемещения детали, разбраковки, отметки дефектов и т. д.

Магнитопорошковые дефектоскопы разделяют на стационарные универсаль­ ные, передвижные и переносные, а также специализированные.

Стационарные универсальные дефектоскопы используют на предприятиях крупносерийного и мелкосерийного производства разнотипных деталей. Произ­ водительность их составляет от десятков до сотен деталей в час и может быть уве­ личена путем использования магнитолюминесцентного способа. Стационарные универсальные установки позволяют производить намагничивание всеми извест­ ными способами (циркулярным, полюсным, комбинированным), а также осуще­ ствлять контроль в приложенном поле и способом остаточной намагниченности. Такие установки различаются родом намагничивающих токов, мощностью, раз­ мерами контролируемых деталей, возможностью раздвижения контактных уст­ ройств по поперечным размерам, максимальным токам. В СССР применяют универсальные дефектоскопы типа УМДЭ-10 000, УМДЭ-2500, У604-70М и др.

Широкое распространение в СССР и за рубежом получили передвижные и переносные (менее мощные) дефектоскопы. Как правило, они представляют собой источники переменного тока, постоянного (однополуперйодного выпрям­

Передвижные и переносные дефектоскопы предназначены для контроля детален в условиях, когда применять стационарные дефектоскопы невозможно, например для крупногабаритных деталей, которые нельзя поместить в дефекто­ скоп, при контроле в полевых условиях и т. д. Они должны иметь также ком­ плекты материалов для контроля (сухие порошки, устройства для их напыле­ ния, сосуды с суспензией и т. п.).

Передвижные и переносные дефектоскопы позволяют производить циркуляр, ное намагничивание с помощью токовых контактов, помещаемых на участке де.

2. Техническая характеристика магнитопорошковых дефектоскопов

пернодный выпрямленный

тали; продольное намагничивание — с помощью кабеля, навиваемого на деталь, или иногда с помощью электромагнита. Среди магнитопорошковых наибольшее применение получили переносные дефектоскопы типа ДМП-2 и ПМД-70, а также дефектоскопы типа МД-50П для передвижного контроля в полевых условиях.

Специализированные дефектоскопы являются автоматизированными уста­ новками, где большинство операций контроля, кроме осмотра, автоматизированы. Эти установки предназначены для контроля деталей одного типа при круп­ носерийном производстве. Техническая характеристика некоторых отечественных магнитопорошковых дефектоскопов приведена в табл. 2.

МАГНИТОГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ КОНТРОЛЯ

Физическая сущность магнитографического метода контроля заключается в на магничивании контролируемого участка сварного шва с одновременной записью магнитных полей рассеяния дефектов на магнитную ленту, накладываемую на участке контроля, и последующем воспроизведении и расшифровке записанных на ленту тангенциальных составляющих магнитных полей.

Источником информации является электрический сигнал магнитной головки, считывающей запись магнитной ленты, который наблюдается и анализируется на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа.

Магнитные лен гы, используемые для магнитографического контроля, имеют сравнительно большую ширину, эластичность, а также хорошие магнитные свой­ ства, обеспечивающие получение максимального уровня записи и воспроизведе­ ния полей дефектов при достаточно широком температурном диапазоне (от + 5 0 до —40° С). Они состоят из слоя магнитного порошка, растворенного в лаке, и немагнитной основы, изготовляемой из ацетилцеллюлозы, поливинилхлорида, по­ лиэфиров или лавсана. Магнитно-активный слой представляет собой порошок окиси железа, взвешенный в лаке. Для магнитографического контроля разрабо­ таны и выпускаются ленты типа МК-1 на триацетатной основе и МК-2 на лавса­ новой основе.

8. Техническая характеристика магнитографических дефектоскопов

При магнитографическом контроле детали намагничивают чаще с помощью специальных электромагнитов и более редко способом циркулярного намагничи­ вания — прохождением тока по детали.

Для выявления подповерхностных дефектов применяют намагничивание по­ стоянным током, а для выявления поверхностных дефектов — переменным или импульсным током.

Поперечное намагничивание контролируемого участка производят с по­ мощью неподвижных, подвижных и механически перемещающихся шагами на­ магничивающих устройств, представляющих собой различные конструкции элек­ тромагнитов с П-образными сердечниками и сменными фасонными или прямыми полюсными наконечниками. Эти устройства обладают намагничивающей силой до 18—20 тыс. А, что позволяет намагничивать контролируемый участок сварного шва до состояния, близкого к техническому насыщению, и сводить к минимуму помехи от магнитных структурных неоднородностей материала сварного шва и околошовной зоны.

Магнитографические дефектоскопы позволяют обнаруживать дефекты глу­ биной 10—15% от толщины стенки, расположенные на расстоянии от поверх­ ности до 20—25 мм. При этом магнитная лента всегда должна быть плотно прижата к сварному шву, так как края валика усиления создают значительное размагничи­ вающее поле, резко уменьшающее магнитное поле дефекта, и чувствительность метода резко уменьшается при увеличении зазора между лентой и сварным швом.

Технология магнитографического контроля состоит из следующих основных операций: 1) подготовки контролируемого участка изделия к контролю, заклю­ чающейся в очистке сварного шва от грязи, остатков шлака, брызг расплавлен­ ного металла и т. д. и наложении на контролируемый участок магнитной ленты; при этом в зависимости от материала и толщины сварного соединения, а также типа намагничивающего устройства устанавливают необходимый режим (ток) намагничивания; 2) намагничивания контролируемого участка изделия вместе с расположенной на нем магнитной лентой (операция записи поля дефекта на маг­ нитную ленту); 3) воспроизведении записи с помощью устройства воспроизведе-

Рис. 1. Блок-схема дефектоскопа МДУ-2У:

1 — блок считывания; 2 — предвари­ тельный усилитель; 3 — усилитель канала импульсной индикации; 4 — усилитель канала видеоиндикации; 5 -~ усилитель импульсов подсветки; 6 —.

генератор строчной развертки; 7 — ге­ нератор кадровой развертки; S — блок питания; 9 — электронно-лучевая трубка

ния магнитографического дефекто­ скопа; 4) разбраковки проконтро­ лированных участков сварных швов по результатам контроля.

В некоторых случаях можно применять автоматические магни­ тографические устройства, осуще­ ствляющие запись полей дефектов на бесконечную магнитную ленту, выполненную в форме петли. За­ пись производится при соприкос­ новении движущейся относительно

изделия ленты, которая затем проходит около считывающих и стирающих маг­ нитных головок, подготавливаясь к следующему циклу записи. Характеристика отечественных магнитографических дефектоскопов приведена в табл. 3. Блоксхема дефектоскопа МДУ-2У приведена на рис. 1. Наиболее совершенным яв­ ляется магнитографический дефектоскоп МД-ЗОГ.

Настройку магнитографических дефектоскопов в настоящее время осуще­ ствляют в основном по эталонным магнитным лентам. Эталонные ленты намаг­ ничивают на специальных контрольных стыках, сваренных по принятой на дан­ ном предприятии технологии из используемых сталей.

Контрольные стыки сваривают так, чтобы в них имелись внутренние дефекты типа цепочек пор, шлаковых включений, непроваров и т. п., размер которых соответствует чувствительности метода (около 10%). С контрольного стыка сни­ мают рентгенограмму, которая является контрольным документом. Сигналы, по­ лученные с магнитной ленты с записью дефектов на контрольных стыках, служат для настройки дефектоскопа на соответствующую чувствительность.

ФЕРРОЗОНДОВЫЙ И ИНДУКЦИОННЫЙ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ

Феррозонд является активным индукционным преобразователем, который ис­ пользуют для регистрации магнитных полей рассеяния дефектов и неоднород­ ности структуры ферромагнитного материала. Применяемый при магнитных сред­ ствах неразрушающего контроля феррозонд представляет собой в большинстве случаев дифференциальный преобразователь с продольным возбуждением с од­ ним или двумя пермаллоевыми сердечниками, на которых имеются возбуждаю­ щие и измерительные электрические обмотки. Возбуждающие обмотки питаются переменным током; их соединяют дифференциально при измерении напряжен­ ности поля и последовательно при измерении градиента поля. Измерительные обмотки включаются в обратном порядке.

Происходящие в феррозонде процессы связаны с взаимодействием двух по­ лей — внешнего измеряемого поля и поля возбуждения, образуемого за счет тока первичных обмоток. Взаимодействие этих полей в объеме пермаллоевых сердеч­ ников приводит к появлению в измерительной обмотке электродвижущей силы,