Разработка и исследование методов радиографического контроля глубины дефектов сварных соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.11, кандидат технических наук Круглова, Екатерина Владимировна

• Круглова, Екатерина Владимировна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Круглова, Екатерина Владимировна

Введение

1. Определение параметров дефектов сварного шва по результатам радиографического контроля (литобзор)

1.1. Дефекты сварного шва

1.1.1. Причины образования дефектов сварного шва

1.1.2. Влияние дефектов на работоспособность сварных металлоконструкций

1.2. Радиационный контроль в промышленности

1.2.1. Радиационный контроль как метод дефектоскопии

1.2.2. Формирование радиационного изображения

1.2.3. Влияние различных факторов на выявляемость дефектов сварного шва при радиографическом контроле

1.2.4. Определение размеров дефектов при радиографическом контроле

1.2.4.1. Необходимость определения глубины дефектов

1.2.4.2. Существующие методы определения глубины дефектов

1.2.4.3. Влияние рассеянного излучения на формирование изображения дефектов

1.3. Цель и задачи диссертационной работы

2. Анализ и обоснование методики расчета глубины дефекта при использовании радиографического метода

2.1. Существующие способы расчета глубины дефекта

2.1.1. Способы расчета, основанные на законе ослабления излучения

2.1.2. Расчет глубины дефекта с использованием экспериментальных данных

2.1.3. Связь между размерами дефекта и нерезкостью

2.2. Предложенный метод расчета глубины дефекта

2.2.1. Анализ влияния ширины дефекта на контраст его изображения

2.2.2. Расчет характеристик широкого дефекта

2.2.3. Расчет характеристик узкого дефекта

2.2.4. Обоснование условий экспериментальной проверки предложенного метода расчета глубины дефекта

2.2.4.1. Выбор объекта исследования

2.2.4.2. Состав экспериментального комплекса

2.2.4.3. Имитаторы непроваров 58 Выводы

3. Экспериментальное исследование предложенной методики определения глубины на искусственных дефектах

3.1. Основные соотношения для расчета погрешностей измерений

3.2. Расчет глубины дефекта

3.3. Расчет глубины непровара в корне шва

3.4. Расчет глубины непровара по сечению сварного шва

3.5. Исследование нерезкости как функции глубины дефекта 76 Выводы

4. Проверка предложенной методики расчета на реальных дефектах

4.1. Расчет глубины реальных непроваров в корне сварного шва

4.2. Расчет глубины реальных непроваров по сечению сварного шва

4.3. Апробация предложенной методики на дефектах типа газовых пор и шлаковых включений

4.4. Исследование глубины залегания дефектов сварного шва

4.4.1. Влияние глубины залегания дефекта на расчет его размеров в направлении просвечивания

4.4.2. Предложенный метод определения глубины залегания малоконтрастного дефекта

4.5. Оценка экономической эффективности от внедрения предложенной методики расчета глубины дефекта

4 Выводы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методов радиографического контроля глубины дефектов сварных соединений»

Актуальность работы. Среди продукции предприятий машиностроения большой объем занимают сварные металлоконструкции, в том числе для изготовления машин, работающих в тяжелых и опасных условиях. Такие машины подлежат особому контролю Госгортехнадзора России, Госатомнадзора России и других государственных органов как на стадии изготовления, так и при эксплуатации. Неисправность этих машин может привести к серьезным авариям и техногенным катастрофам, в том числе с человеческими жертвами.

Для того, чтобы избежать этого, все материалы, части и механизмы ответственных изделий подвергаются контролю и испытаниям. Одним из важнейших видов контроля, как при изготовлении, так и в процессе эксплуатации, является неразрушающий. В промышленности широко используются акустические, магнитные, радиационные, капиллярные, вихретоковые методы контроля. В их числе распространенный и традиционный метод неразрушающего контроля - радиографический. Он основан на регистрации на рентгеновскую пленку ионизирующего излучения после его взаимодействия с объектом контроля и анализе полученного изображения.

Несмотря на то, что радиографический контроль уже давно стал применяться в промышленности (первая рентгеновская лаборатория, предназначенная исключительно для промышленных исследований, была организована в 1925 г.), до настоящего времени он является неотъемлемой частью производственного процесса.

Основные преимущества радиографического контроля:

- высокая чувствительность к выявлению дефектов (в среднем 1-2 % от просвечиваемой толщины);

- документальность результатов контроля (радиографические пленки могут храниться много лет);

- наглядность результатов контроля (по изображению дефекта на пленке легко определяется тип дефекта);

- применимость для широкого класса материалов (в зависимости от используемого источника ионизирующего излучения можно контролировать и металлы, в т.ч. аустенитные стали и легкие металлы, и органические вещества, и произведения искусства).

В то же время неоспоримы недостатки радиографического метода:

- радиационная опасность при его проведении (требуется выполнения ряда защитных мероприятий);

- низкая мобильность оборудования (часто оборудование громоздко и требует подключения к источникам электричества и воды);

- большие затраты времени на проведение контроля (на выполнение одного радиографического снимка требуется примерно 30 минут).

Один из существенных недостатков радиографического контроля заключается в том, что на снимке получается плоскостное изображение дефекта, и, как следствие, невозможно определить размер выявленного дефекта в плоскости, перпендикулярной снимку. Знание этого параметра позволило бы получить полную информацию о дефекте, помогло бы в принятии решения о допустимости или недопустимости изделия с данным дефектом в дальнейшее производство или эксплуатацию. При недопустимости дефекта или необходимости его исправления глубина дефекта является одним из главных факторов, определяющих выбор способа и объем работ по исправлению дефекта.

Разные исследователи пытались решить эту проблему на протяжении многих лет. Непрерывное совершенствование существующих и создание новых рентгеновских методов контроля качества промышленной продукции привело в последние годы к существенному развитию различных классов рентгеновской аппаратуры и появлению систем принципиально новых конструкций. Успехи, достигнутые в развитии таких областей, как электроника и вычислительная техника, оказали глубокое воздействие на системы радиационного неразрушающего контроля и, как следствие, привели к увеличению возможностей представления количественных характеристик материалов и изделий.

Все это дало новый толчок к решению проблемы определения всех характеристик выявляемых дефектов.

В данной работе предложен способ определения глубины дефекта в сварных швах металлоконструкций по радиографическому снимку с учетом радиационных и геометрических факторов.

Внедрение нового способа в производство сварных металлоконструкций позволит снизить затраты на их производства без снижения качества продукции.

Цель работы - разработать, исследовать и апробировать способ определения размера дефекта в направлении просвечивания при радиографическом контроле сварных металлоконструкций.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложен и обоснован новый способ определения по радиографическому снимку глубины дефектов сварного шва с учетом их геометрических параметров (ширины и ориентации) и характеристик их изображения на пленке (контраст и нерезкость).

2. Изучен и применен эффект уменьшения контраста изображения для дефектов, у которых ширина меньше или равна нерезкости изображения.

3. Разработаны компьютерные программы Weld.exe и Welding.exe для расчета характеристик непровара в корне и по сечению шва соответственно.

4. Предложен новый способ определения по радиографическому снимку глубины залегания малоконтрастных дефектов типа шлаковых включений.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Разработанный и апробированный радиографический способ определения глубины дефектов сварного шва. й 2. Обоснование выбора двух типов непровара сварного шва (в корне и по сечению шва) в качестве моделей дефектов.

3. Анализ вклада рассеянного излучения в формирование радиационного изображения и его влияние на погрешность расчета глубины дефекта.

4. Результаты экспериментального исследования глубины залегания дефекта как одного из факторов, влияющих на точность расчета глубины дефекта по радиографическому снимку.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в возможности использования предложенного способа расчета глубины дефекта сварного шва при радиографическом контроле сварных конструкций любой конфигурации и любого назначения. В ОАО «Уралмашзавод» разработанный способ применяется при радиографическом контроле сварных соединений ковшей и стрел шагающих экскаваторов, сварных образцов для аттестации сварщиков, цилиндров дробильного оборудования и других изделий.

Результаты исследований, изложенных в диссертации, предложены для использования в учебном курсе «Радиационный контроль», читаемом в Уральском государственном техническом университете - УПИ для студентов специальности 09.02.00 «Методы и приборы контроля качества и диагностики»

Заключение диссертации по теме «Методы контроля и диагностика в машиностроении», Круглова, Екатерина Владимировна

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработан радиографический способ определения глубины дефектов сварного шва с учетом их геометрических параметров (ширины и ориентации) и характеристик их изображения на пленке (контраст и нерезкость). В нем учтен эффект уменьшения контраста изображения для дефектов, чья ширина меньше или равна нерезкости изображения.

2. Проведена экспериментальная проверка предложенного способа. Для этого создан экспериментальный комплекс, позволяющий выполнить радиографические снимки исследуемых образцов, перевести изображение с рентгеновской пленки в электронный вид и обработать электронное изображение. Разработаны программы Weld.exe и Welding.exe для расчета характеристик непровара в корне и по сечению шва соответственно.

3. Обоснован выбор в качестве моделей дефектов двух типов непровара сварного шва (в корне и по сечению шва). Разработаны и изготовлены имитаторы этих дефектов, позволяющие менять их геометрические параметры (глубину, ширину, ориентацию).

4. Анализ вклада рассеянного излучения в формирование радиационного изображения показал, что рассеянное излучение существенно увеличивает нерезкость изображения и, следовательно, снижает контраст изображения узких дефектов. При этом нерезкость рассеяния незначительно уменьшается при увеличении глубины дефекта, т.е. увеличивается с ростом толщины просвечиваемого образца, что подтверждает предыдущие исследования.

5. Результаты проверки предложенного способа на искусственных и натуральных дефектах подтвердили его применимость на практике при хорошей точности расчета (среднее значение погрешности - не более 20 %). Эти результаты позволили внедрить предложенную методику в производство сварных металлоконструкций.

6. Проверена возможность применения предложенной методики для расчета характеристик других типов дефектов - газовых пор и шлаковых включений. Результаты проверки показали, что такое использование принципиально возможно, но с большей погрешностью, чем для непроваров. Для установления оптимальных условий расчета следует провести более подробное исследование.

7. Проведены исследования влияния глубины залегания дефекта как одного из факторов, влияющих на точность расчета глубины дефекта. Они показали, что погрешность расчета глубины дефекта незначительно возрастает с увеличением глубины его залегания. Предложен новый способ определения глубины залегания малоконтрастных дефектов.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Круглова, Екатерина Владимировна, 2006 год

1. Еремин К.И. Остаточный ресурс циклически нагруженных металлоконструкций с трещиноподобными дефектами. Дис. на соискание ученой степени доктора техн.наук. Магнитогорск, 1995. -454 с.

2. Круль К. Оценка работоспособности металлоконструкций строительных машин с дефектами. Дис. на соискание ученой степени доктора техн.наук. М., 1999 г. - 289 с.

3. Соколов И.И., Гисин П.И. Руководство для сварщиков. Свердловск, Средне-Уральское книжное издательство, 1973

4. Троицкий В.А, Радько В.П., Демидко В.Г. Дефекты сварных соединений и средства их обнаружения. Киев: Вища школа, 1983. -144 с.

5. Иванов A.B. Прогнозирование качества формирования однопроходного шва при сварке плаящимся электродом в защитных газах на основе математического моделирования: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. М., 1996 - 18 с.

6. Гончаров И.А., Пальцевич А.П., Токарев B.C. Влияние водорода в низколегированном металле шва на порообразование при сварке под флюсом // Автоматическая сварка. 2001. - №7. - С.21-23.

7. Головко В.В. Моделирование состава неметаллических включений в металле сварных швов высокопрочных низколегированных сталей // Автоматическая сварка. 2001. - №5. - С.3-7.

8. Куркин С.А., Николаев Г.А. Сварные конструкции. Технология изготовления, механизация, автоматизация и контроль качества в сварочном производстве. М.: Высшая школа, 1991. - 398 с.

9. Остсемин A.A., Дильман B.JI. Оценка влияния дефектов и эксплуатационной надежности сварных прямошовных и спирально-шовных труб // Сварочное производство. -2001. -№9. С. 6-12.

10. Большаков A.M., Левин А.И., Прохоров В.А. Методика установления сочетания причин разрушения резервуаров // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. - № 10. - С. 48-50.

11. Махненко В.И., Великоиваненко Е.А., Розынка Г.Ф., Пивторак Н.И. Компьютерное моделирование сварочных процессов как средство прогнозирования дефектов в сварных соединениях // Автоматическая сварка. 1999. - № 12. - С. 10-19

12. Сукнев C.B. Учет масштабного эффекта в расчетах на прочность элементов конструкций с концентраторами напряжений // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2001. - №10. - С.57-60.

13. Чабуркин В.Ф., Канайкин В.А. Оценка опасности дефектов сварных соединений при диагностике газонефтепроводов // Сварочное производство. -2000. №9. - С. 41-44.

14. Конев A.B. Методика оценки несущей способности стальной оболочки магистрального газопровода с дефектами по результатам внутритрубной дефектоскопии: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук. Томск, 1998 -28 с.

15. Кузьмин В.Р., Прохоров В.А., Афонская Г.П. Оценка несущей способности резервуаров с дефектами // Контроль. Диагностика 2001. - № 8. - С.7-10.

16. Тиньгаев А.К., Губайдулин Р.Г., Елсуков Е.И. Совершенствование нормативных требований к качеству сварных соединений стальных конструкций. 4.2 // Сварочное производство. 2000. - № 12. - С.24-28

17. Остсемин A.A. Анализ несущей способности действующеготмагистрального нефтепровода при наличии дефектов в продольном сварном шве//Сварочное производство. 1998.-№9.-С. 11-15

18. Шахматов М.В., Ерофеев В.В., Коваленко В.В. Оценка прочности механически неоднородных сварных соединений с трещиноподобными дефектами в условиях квазимягкого разрушения // Сварочное производство. -2000. №7. - С.5-9.

19. Ерофеев В.В., Шахматов М.В., Остсемин A.A. Влияние дефектов на несущую способность сварных соединений цилиндрических деталей при квазихрупком разрушении // Сварочное производство. 1997. - № 10.-С.10-14

20. Ерофеев В.В., Шахматов М.В., Коваленко В.В. Влияние ориентации дефектов на несущую способность сварных соединений, ослабленных мягкими прослойками // Сварочное производство -2000. № 8. - С. 1317

21. Клюев В.В. Неразрушающий контроль и диагностика безопасности // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1998. - №1. - С. 1628

22. Глазков Ю.А., Беда П.И. К вопросу остановки роста катастроф // Надежность и контроль качества. 1998. - № 8 . - С.43-48

23. Ермолов И.Н., Останин Ю.А. Методы и средства неразрушающего контроля качества. М.: Высшая школа, 1988. - 368 с.

24. Красько А.Г. Красько В.Г., Ивакин А.Н. Рентгенотелевизионные системы интроскопии // Контроль. Диагностика. 1999. - № 5. - С. 3132.

25. Чахлов B.JL, Москалев Ю.А., Темник А.К. Система цифровой радиографии для неразрушающего контроля в диапазоне энергий излучения 1 .20 МэВ // Контроль. Диагностика. 2000. - № 9. - С. 2223.

26. Москалев Ю.А., Дмитриева A.B., Григорьев C.B. Интроскоп дляГ

27. Шуринов В.А. Использование CCD-камер в радиационных электронно-оптических преобразователях // Контроль. Диагностика. 2001. - № 12. -С. 16-19.

28. Мамчев Г.В. Оценка точности выполнения наблюдателями метрический операций в стереотелевизионных устройствах отображения радиационных изображений // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1992. - № 2. - С. 7-15.

29. Крутеев A.B. К вопросу оценки выявляемости несплошностей при внедрении рентгенотелевизионного контроля // Контроль. Диагностика. -2001. -№ 12. С.24-28.

30. ГОСТ 20426-82. Контроль неразрушающий. Методы дефектоскопии радиационные. Область применения. Введ. с 01.07.83. - М.: Изд-во стандартов, 1984. - 24 с.

31. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий: Справочник: В 2 книгах / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986.-Кн. 1 -488 с.

32. Вяткин И.В. Оптимизация процесса радиографии на базе импульсного рентгеновского аппарата МИРА-2Д: Автореф. дис.на соискание ученой степени канд.техн.наук. Томск, 1993 - 15 с.

33. Багриевич В.П. Исследование и разработка средств автоматизации дефектоскопического комплекса на базе линейного ускорителя электронов: Автореф. дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук.-СПб., 1992- 17 с.

34. Капустин В.И., Максимова Т.Н., Стасеев В.Г., Фирстов В.Г., Шведов Л.И., Орлов Н.С. Стандартизация радиографического метода контроля // Стандарты и качество 2002. - № 2. - С.27-29.

35. Пронин С.Е. Использование рентгеновского аппарата SMART 300 впромышленной дефектоскопии при одностороннем доступе к объекту контроля // Контроль. Диагностика 2001. - № 7. - С.5-8.

36. Добромыслов В.А., Косарина Е.И. Номограммы для определения режимов радиографического контроля сварных соединений трубопроводов // Контроль. Диагностика. 2000. - № 4. - С. 11-13.

37. Румянцев C.B., Штань A.C., Гольцев В.А. Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля. М.: Энергоиздат, 1982.-240 с.

38. Добромыслов В.А., Соснин Ф.Р. Формирование изображений дефектов в радиационной дефектоскопии // Контроль. Диагностика. 2000. - № 1. - С.14-17.

39. ГОСТ 7512-82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод. Введ. с 01.01.84. - М.: Изд-во стандартов, 1988.-32 с.

40. Зуев В.М. Оценка выявляемости дефектов при радиографическом контроле сварных соединений //Дефектоскопия. -1997. №12. - С.33-42.

41. Зуев В.М. К вопросу оценки выявляемости дефектов при радиографическом контроле сварных соединений // Дефектоскопия. -2001.-№3. С.64-74.

42. Орлов А.И. Всегда ли нужен контроль качества продукции? // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1999. - №11. - С. 51-55

43. СТП А 248-90 Металлоконструкции сварные. Общие технические требования: Утв. 08.08.90: Введ. в действие с 01.01.91. Екатеринбург: ОАО «Уралмаш», 1991. - 80 с.

44. СниП 3.05.05-84. Технологическое оборудование и технологические трубопроводы: Утв. Госстроем СССР 07.05.84: Введ. в действие с 01.01.85. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988. - 32 с.

45. Румянцев C.B. Радиационная дефектоскопия. М.: Атомиздат, 1974.560 с.

46. Зуев В.М. Фотометрическая оценка размеров дефектов в направлении просвечивания // Дефектоскопия. -1993. -№5. С.87-93.

47. Зуев В.М. Оценка размера дефектов малого раскрытия в направлении просвечивания // Дефектоскопия 2000. - №7. - С.63-68.

48. Арефьев М.Г., Каксис Ю.А., Маклашевский В .Я. Разработка алгоритма реконструкции томографического изображения для повышения точности определения дефектов и снижения затрат на проведение контроля // Контроль, Диагностика. 1999. - № 8. - С. 23-27.

49. Клюев В.В., Филинов В.Н. О работах МНПО «Спектр» в области рентгеновской компьютерной томографии // Контроль. Диагностика.1999.-№ 5.-С. 35-40.

50. Юмашев В.М., Кузелев Н.Р., Маклашевский В .Я. Комплексный радиационный контроль изделий, слоистых и композитных материале в промышленности, авиационной и космической технике // Контроль. Диагностика. 2001. - № 5. - С. 35-36.

51. Межуев В.А. и др. Рентгенотелевизионный контроль- сварных швов TBC для ядерных реакторов // В мире неразрушающего контроля.2000.- №4.-С. 41-43.

52. Дмоховский В.В. Основы рентгенотехники. М.: Медгиз, 1960. - 352 с.

53. Зуев В.М. Влияние рассеянного излучения на формирование радиографических изображений // Дефектоскопия -1997. -№12. С.25-32.

54. Соколов B.C. Дефектоскопия материалов. M.-JI.: Государственное энергетическое издательство, 1957. - 240 с.

55. Круглова Е.В., Князюк JI.B. Определение размеров дефектов сварных соединений по сканированным рентгеновским снимкам // Дефектоскопия. 2004. - № 1. - С .71 -75.

56. Е. Krouglova, L. Knyzuk, V. Kortov: MATHEMATICAL MODELING AT

57. ACCOUNT of PARAMETERS of INCOMPLETE FUSION of a WELD, Third International Conference on Mathematical Modeling and Computer Simulation of Material Technologies MMT-2004, Ariel, Israel, 2004, p.2-105 T -2-111.

58. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1970. - 720 с.

59. Кассандрова О.Н., Лебедев В.В. Обработка результатов измерений. -М.: Наука, 1970.- 104 с.

60. Круглова Е.В., Князюк Л.В., Кортов B.C. Определение размеров непровара по сечению сварного шва при радиографическом контроле // Дефектоскопия. 2005. - № 4. - С. 63-69.

61. Соснин Ф.Р. Неразрушающий контроль: Справочник: В 7 т. Под общ. ред. В.В. Клюева. Т. 1: В 2 кн.: Кн.1: Визуальный и измерительныйф контроль. Кн. 2: Радиационный контроль. М.: Машиностроение, 2003.- 560 с.

62. Способ определения глубины залегания малоконтрастного дефекта при радиографическом контроле/Л.В. Князюк, Е.В. Круглова. Заявка на изобретение № 2003117860/28; Заявл. 16.06.03; Опубл. 20.02.05. - Бюл. №5.

63. Круглова Е.В. Экономическая эффективность внедрения метода расчета глубины дефекта при радиографическом контроле. //Современные проблемы сварочного производства: сборник тезисов докладов научно-технической конференции. Екатеринбург, 2004. С. 55-56.

64. Клюев В.В., Соснин Ф.Р. Современные средства и методы цифровой ^ радиационной дефектоскопии // В мире неразрушающего контроля.2002. = № 4. С.52-56.