Развитие магнитографического метода и повышение его эффективности при контроле качества сварных соединений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.13, доктор технических наук Новиков, Владимир Алексеевич

• Новиков, Владимир Алексеевич
• доктор технических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор технических наук Новиков, Владимир Алексеевич

Введение

Общая характеристика работы.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Особенности соединений, выполненных сваркой плавлением.

1.2. Влияние дефектов сплошности на работоспособность сварных конструкций.

1.3. Анализ исследований формирования магнито-статических полей дефектов в ферромагнитных изделиях.

1.4. Особенности обнаружения дефектов сплошности в сварных соединениях магнитографическим методом

1.5. Анализ.способов снижения порога чувствительности магнитографического контроля ферромагнитных изделий.

1.6. Анализ контрольных образцов для магнитной дефектоскопии.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ФОРМИРОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ЗОНЕ СОЕДИНЕНИЯ.

2.1. Расчет магнитостатического поля, создаваемого наружным валиком шва, на поверхности сварного соединения.

2.2. Определение обобщенного параметра валика шва при магнитографическом контроле сварных соединений

2.3. Экспериментальное исследование магнитостатического поля наружного валика шва на поверхности сварного соединения.

2.4. Расчет магнитостатического поля обратного валика шва на поверхности сварного соединения.

2.5. Экспериментальное исследование магнитостатического поля на поверхности соединения с учетом обратного валика.

2.6. Исследование формирования магнитостатического поля остающейся подкладки в сварных соединениях.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ МАГНИТО-СТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ПРОТЯЖЕННЫХ ДЕФЕКТОВ ПРИ КОНТРОЛЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

3.1. Расчет магнитостатического поля внутреннего дефекта на поверхности стыкового сварного соединения.

3.2. Экспериментальное определение областей качественно разной выявляемости дефектов в сварном соединении

3.3. Однозначность и неоднозначность обнаружения дефектов в шве.

3.4. Обнаружение крупных протяженных дефектов в сварных швах магнитографическим методом.

3.5. Особенности формирования магнитостатических полей поперечных трещин в сварном соединении.

Глава 4. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ КОМПЕНСАЦИИ ПОМЕХ ПРИ

МАГНИТОГРАФИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ ИЗДЕЛИЙ.

4.1. Разработка способа компенсации помех, обусловленных валиком шва.

4.2. Экспериментальное исследование распределения случайных помех, обусловленных поверхностными неровностями, в зоне шва при магнитографическом контроле.

4.3. Разработка способов компенсации помех, обусловленных поверхностными неровностями, при магнитографическом контроле.

Глава 5. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ВЫЯВЛЯЕМОСТИ ДЕФЕКТОВ

В СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ.

5.1. Снижение порога чувствительности магнитного контроля сварных швов на наличие локальных дефектов.

5.2. Повышение разрешающей способности магнитографического метода контроля изделий.

5.3. Снижение порога чувствительности контроля швов на наличие протяженных дефектов.

5.4. Снижение порога чувствительности магнитографического метода контроля изделий на наличие разноориентированных трещин.

5.5. Улучшение выявляемости дефектов в швах с грубой поверхностью.

5.6. Контроль начального и конечного участков шва.

5.7. Снижение порога чувствительности контроля изделий в труднодоступных местах.

5.8. Пути улучшения обнаружения крупных протяженных дефектов в сварных соединениях.

5.9. Расширение области применения магнитографического метода контроля

Глава 6. РАЗРАБОТКА КОНТРОЛЬНЫХ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

6.1. Учет влияния параметров валика шва на выявляемость дефектов при магнитографическом контроле.

6.2. Учет влияния расположения дефекта по ширине шва на его выявляемость при МГК.

6.3. Учет влияния обратного валика шва на выявляемость дефектов при МГК.

Глава 7. РАЗРАБОТКА УСТАНОВОК И МЕТОДИКИ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО

КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТРУБ.

7.1. Разработка установок для магнитографического контроля стыковых сварных соединений труб

Ф100-600 мм на наличие протяженных дефектов.

7.2. Особенности магнитографического контроля сварных соединений полотнищ и труб.

7.3. Разработка устройств для контроля гибов и сварных соединений труб ТЭЦ.

7.4. Внедрение магнитографического метода для контроля стыковых сварных соединений труб.

7.5. Анализ и систематизация разработанных технических решений.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Развитие магнитографического метода и повышение его эффективности при контроле качества сварных соединений»

Развитые страны, по данным В.В.Клюева, теряют ежегодно до 10% своего национального дохода из-за недостатков в качестве выпускаемой продукции. Годовые потери только от дефектов, приводящих к усталости металла, в США составляют более 100 млрд. долларов, а от коррозии - более 200 млрд. долларов. Убытки от недостаточно высокого качества машин и изделий в России значительно выше.

Надежность и долговечность сварных металлоконструкций во многом зависят от качества сварочных работ. Однако совершенствование технологических процессов сварки полностью не решает проблему повышения качества изготовляемых изделий, т.к. даже при отработанной технологии возможны различного рода дефекты. С целью дальнейшего повышения надежности сварных конструкций необходимо применять эффективные методы неразрушающего контроля. Поэтому в Республике Беларусь и СНГ намечено проведение целого комплекса работ, направленных на разработку новых и совершенствование существующих средств и методов неразрушающего контроля.

Широкое применение в промышленности нашли радиационные, акустические, магнитные, вихретоковые, тепловые и другие методы контроля. Магнитные методы основаны на обнаружении магнитных полей рассеяния, создаваемых несплошностями в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов. Большой вклад в их развитие внесли ученые В.К.Аркадьев, С.В.Вонсовский, Р.М.Янус, А.Б.Сапожников, Н.Н.Зацепин, В.Е.Щербинин, Ф.Ферстер и др.

Магнитографический метод контроля ферромагнитных изделий на наличие неоплошностей впервые был разработан практически одновременно в СССР и ФРГ /1,2/. Его сущность состоит в следующем. Изделие вместе с прижатой к его поверхности магнитной лентой намагничивают, затем ленту снимают с объекта контроля и сканируют индикатором, преобразующим поле магнитной ленты в электрический сигнал, который подается на осциллограф. По виду сигналограммы на экране осциллографа дефектоскопа судят о наличии дефектов в изделии. Существенный вклад в развитие метода внесли А.С.Фалькевич, М.Х.Хусанов, В.С.Козлов, А.М.Шарова, С.П. Михайлов, О.А.Жолнерович и др.

Сразу после изобретения магнитографический метод хорошо зарекомендовал себя при контроле равнотолщинных участков ферромагнитных изделий. Однако затем была предпринята неудачная попытка применить его без предварительных глубоких исследований при контроле сварных соединений с валиком шва, что едва не привело к дискредитации метода.

Магнитографический метод контроля, относящийся к магнитным, отличается высокой производительностью и экономичностью. Так, по результатам исследований ряда отраслевых ИМИ,затраты на контроль I м шва стальных листовых конструкций при магнитографическом методе в 2 раза ниже, чем при ультразвуковом и в 10 раз, чем при радиографическом, а время контроля I м шва ниже соответственно в 3 и 13 раз /3/. Однако несмотря на такие достоинства магнитографический метод при контроле сварных соединений применяется еще редко. Объясняется это во многом его высоким порогом чувствительности и низкой разрешающей способностью, отсутствием представлений о границах применимости метода, наличием помех, сложностью в ряде случаев расшифровки сигналограмм, трудностью определения предварительного режима намагничивания, отсутствием унифицированных контрольных образцов и др. Дальнейшее развитие теории и технологии магнитографического метода контроля стыковых сварных соединений позволит устранить перечисленные недостатки и создаст базу для расширения промышленного применения метода при контроле стыковых сварных соединений.

В результате выполненной работы значительно повысилась эффективность магнитографического метода контроля объектов из ферромагнитных материалов: разрешающая способность метода увеличилась в 10*40 раз в зависимости от размеров и глубины залегания дефекта и не превышает 2 мм, чувствительность МГК сварных соединений на наличие локальных дефектов (пор и включений), расположенных в корне шва,увеличилась в 4*5 раз и достигла 15*18% от толщины; порог чувствительности контроля реальных соединений на наличие протяженных дефектов, ориентированных вдоль шва, снижен до 5 раз и составил 8*10% при отсутствии подхода к обратной стороне шва и 5*6% при его наличии; практически исключено влияние ориентации дефекта (0<а<50° ) на амплитуду сигнала, обусловленного им, при магнитографическом контроле; затраты электроэнергии при контроле сварных соединений сократились более чем в 10 раз; в 50*100 раз уменьшилась масса намагничивающих устройств при обнаружении поверхностных трещин в ферромагнитных изделиях.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Важными задачами народного хозяйства являются увеличение срока эксплуатации изделий и объектов, предотвращение аварий энергетических установок и транспортных средств, экономия материальных и трудовых ресурсов. Этому во многом способствует применение неразрушающих методов контроля, позволяющих повысить качество выпускаемой продукии. Следовательно, повышение эффективности и расширение объема применения в промышленности экономичных методов неразрушающего контроля являются важными задачами современного производства. Одним из перспективных является метод магнитографического контроля (МГК). Он характеризуется высокой производительностью, наглядностью и экономичностью, не нуждается в предварительной зачистке поверхности контролируемого изделия. Однако весьма часто предпочтение все же отдается другим методам контроля несмотря на их низкую экономичность и большую трудоемкость.

Объясняется это во многом сильной зависимостью чувствительности МГК от ряда факторов ( размеров валика шва, ориентации дефекта, его вида и т.д.), высоким порогом чувствительности при контроле реальных сварных соединений, низкой разрешающей способностью метода, отсутствием точных данных о границах применения МГК, наличием помех от поверхностных неровностей и валика шва, сложностью в ряде случаев расшифровки сигналограмм, трудностью определения предварительного режима намагничивания и т.д. Так, могут не обнаруживаться протяженные дефекты величиной до 30% и более, поры и шлаковые включения величиной до 90-100% от толщины контролируемого металла, цепочку отдельных неоплошностей не всегда можно отличить от непровара переменной величины. Поэтому метод в основном применяется при контроле соединенийс благоприятными размерами валика шва, а устранение перечисленных выше недостатков позволит расширить объем его применения в народном хозяйстве.

Существующие в настоящее время устройства для реализации МГК характеризуются большими габаритами и массой, необходимостью изготовления дополнительных полюсных наконечников и использования мощных источников питания, что также ограничивает применение метода. Совершенствование средств МГК позволит осуществлять дефектоскопию труднодоступных мест, в том числе без извлечения контролируемых деталей из узлов, объектов, находящихся во взрывоопасных местах, и т.д.

В данной работе исследования выполнены применительно к магнитографическому контролю сварных соединений труб и полотнищ изделий ответственного назначения из низкоуглеродистых и низколегированных, а в ряде случаев - средне - и высоколегированных сталей, но результаты могут быть распространены и на другие объекты общего, энергетического, транспортного машиностроения при дефектоскопии трубопроводов, емкостей, силовых кранов, несущих конструкций,автомобилей, летательных аппаратов и других объектов с толщиной стенки до 24 мм.

Работа выполнялась согласно координационному плану ГКНТ СМ СССР по сварочной науке и технике (ш ГР.730415553; 79034379; 01.86.9112174).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - снижение порога чувствительности, повышение разрешающей способности, информативности и селективности магнитографического метода контроля при обнаружении различных видов внутренних дефектов сварных изделий. ЗАДАЧИ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- исследование формирования полей дефектов и суперпозиции полей, записываемых на ленту, при различных способах намагничивания с учетом конструктивно-технологических особенностей реальных сварных соединений, координат расположения и вида дефекта;

- снижение уровня помех, обусловленных валиком шва и поверхностными неровностями;

- повышение разрешающей способности метода;

- снижение порога чувствительности контроля сварных соединений на наличие локальных, протяженных продольных, поперечных и раз-ноориентированных дефектов;

- исследование особенностей формирования полей дефектов в сварных швах с грубой поверхностью и ограниченным подходом к зоне контроля, снижение порога чувствительности контроля таких соединений.

ЗАДАЧИ ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- снижение массы намагничивающих устройств и расхода электро -энергии, повышение мобильности метода и расширение области его применения при обнаружении поверхностных трещин в изделиях;

- разработка контрольных образцов для магнитографической дефектоскопии;

-разработка устройств и методики МГК сварных соединений изделий. НАУЧНАЯ НОВИЗНА;

Результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований позволили установить новые закономерности формирования магнитных полей внутренних дефектов при наличии валиков швов реальных сварных соединений с учетом их магнитных свойств.

Результаты исследований охватывает решение крупной проблемы по следующим направлениям:

1. Для описания топографии магнитного поля валика шва предложена более совершенная математическая модель, устанавливающая распределение поверхностных "магнитных зарядов" на сложных криволинейных поверхностях намагниченных сварных соединений. В результате получены аналитические зависимости, позволившие с достаточной для практики точностью описать распределение напряженности поля, создаваемого валиком шва реальной формы и произвольных размеров, при намагничивании сварного соединения в поперечном направлении.

В частности, теоретически установлены и экспериментально подтверждены закономерности изменения напряженности магнитного поля наружного и обратного валиков шва реальной формы, а также остающейся подкладки в сварном соединении, что дало возможность определить их вклад в формировании результирующего поля в зоне контроля. Определен обобщенный параметр сварного шва, равный отношению ширины шва к высоте валика, одновременно учитывающий влияние ширины и высоты валика шва на выбор режима намагничивания. Построены номограммы для оценки режима намагничивания при контроле сварных соединений.

2.Теоретически и экспериментально установлено, что характер топографии тангенциальной составляющей магнитного поля внутреннего дефекта существенно зависит от глубины залегания в сварном шве. Влияние формы валика шва таково,что начиная с глубины, зависящей от размеров валика шва, тангенциальная составляющая поля дефекта из колоколообразной трансформируется в двугорбую, максимумы которой смещаются к краям валика шва. Это приводит к появлению таких зон залегания дефектов в соединении, в которых наблюдается неоднозначность их выявления. В одних зонах дефекты обнаруживаются с возможностью завышения величины, в других - с возможностью ее занижения, что может привести в первом случае к перебраковке, а во втором - к недобраковке изделий. Построены номограммы, позволяющие определить толщину металла, в которой исключается недобраковка изделий вследствие неоднозначности обнаружения дефектов.

3. Обоснован и предложен принцип раздельного контроля локальных, продольных и разноориентированных дефектов в сварных соединениях, на основе следующих научных положений:

- установлено, что размагничивающее действие валика шва и создаваемые им помехи можно уменьшить или устранить полностью, намагничивая изделие, соответственно, под углом или вдоль продольной оси шва;

- сварной шов будет намагничен сильнее и более равномерно в поперечном направлении вследствие перераспределения "магнитных зарядов" на поверхности соединения,если среднюю часть валика шва подмагнитить сильнее, чем его крайние части;

- поворот вектора напряженности намагничивающего поля при МГК ферромагнитных изделий в пределах от - 45° до + 45° к продольной оси шва не приводит к существенному изменению векторов остаточной намагниченности магнитных отпечатков, обусловленных протяженными недопустимыми несплошностями на магнитоносителе.

Разработанные методики позволили повысить чувствительность магнитографического метода обнаружения локальных дефектов в 4*5 раз, а разноориентированных и продольных - до 5 раз.

4.Экспериментально определены и реализованы условия контроля изделий магнитными методами,при которых достигается значительное повышение разрешающей способности обнаружения локальных дефектов вследствие ориентации полей дефектов поперек цепочек неоплошностей:

-намагничивание поперек цепочки пор при напряженности поля Н

- намагничивание вдоль цепочки пор при считывании записи вдоль направления остаточной намагниченности ленты (повышение разрешающей способности в 10*40 раз в зависимости от глубины залегания и параметров дефектов).

5. Теоретически обоснован способ и экспериментально оптимизированы условия намагничивания сварного соединения с уложенной на него магнитной лентой постоянным и импульсным магнитным полем, что позволило снизить помехи, обусловленные валиком шва, при контроле.

6.Теоретически и экспериментально показано, что при намагничивании вдоль продольной оси шва наличие валика шва практически не вносит изменений в формирование поля поры; тангенциальная составляющая поля поперечной трещины, расположенной на внутренней поверхности соединения имеет на поверхности наружного валика вдоль направления распространения трещины вид двугорбой кривой с минимумом в плоскости симметрии шва, что обусловлено влиянием формы валика шва.

Поля локальных и поперечных дефектов в сварном соединении выходят за пределы валика шва на расстояние, зависящее от вида и типа дефекта и его величины. В случае контроля швов, выполненных ручной дуговой сваркой, максимальное отношение амплитуд "сигнал/шум" имеет место при считывании записи с участков ленты, находившихся при намагничивании соединений в околошовной зоне.

7.Намагничивание ферромагнитного изделия вместе с уложенной на нем магнитной лентой путем перемещения полюса магнита над лентой обусловливает хорошие условия для формирования полей поверхностных трещин и записи их на магнитную ленту, а также отсутствие помех, создаваемых магнитом, при постоянном расстоянии от него до поверхности ленты и одинаковой его ориентации. Высокая чувствительность обнаружения поверхностных трещин при малой массе намагничивающих устройств объясняется значительным увеличением напряженности поля, воздействующего на дефект, при приближении к нему полюса магнита и контролем в приложенном поле. Это позволяет применять для намагничивания постоянные магниты массой в 50 * 100 раз меньше традиционных электромагнитов, повысить мобильность и расширить область применения метода.

8. Помехи при МГК можно уменьшить вследствие образования пассивного участка характеристики ленты, если магнитоноситель предварительно намагнитить полем, напряженность которого не меньше суммы напряженностей рабочего поля и поля помехи, а после помещения ее на обьект контроля намагнитить вместе с ним в направлении остаточной намагниченности ленты полем рабочей напряженности, либо если магнитную ленту после ее намагничивания с объектом контроля намагнитить полем, направление которого совпадает с направлением ее остаточной намагниченности ,а величина не меньше суммы напряженностей рабочего поля и поля помехи.

9. Теоретически и экспериментально показано, что при равенстве напряженностей магнитных полей, воздействующих на дефекты, расположенные на одинаковой глубине в плоскостях симметрии швов, выполненных из одинаковых материалов, топографии тангенциальных составляющих результирующих полей на поверхностях соединений приближенно тождественны в плоскостях симметрии и их окрестностях при равенстве дефектов и радиусов кривизны валиков швов.

Эти результаты положены в основу создания контрольных образцов для настройки дефектоскопов, учитывающих влияние размеров валика шва на чувствительность метода.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ :

I. Разработаш способы увеличения разрешающей способности МГК при обнаружении локальных дефектов от 10 до 40 раз в зависимости от глубины залегания и размеров дефекта.

2.Чувствительность контроля реальных сварных соединений на наличие локальных дефектов повышена в 4-5 раз и на наличие протяженных дефектов (включая разноориентированные) - до 5 раз.

3. Разработаны технологические способы отстройки от помех, обеспечивающие максимальное отношение амплитуд "сигнал/шум".

4. Получены номограммы, позволяющие определить режим на -магничивания в зависимости от обобщенного параметра шва, одновременно учитывающего влияние ширины и высоты валика шва.

5. Для обнаружения поверхностных трещин в изделиях были применены постоянные магниты, масса которых по сравнению с су -¡чествующими электромагнитами меньше в десятки раз.

6. Разработаны способы, позволяющие уверенно обнаруживать характерные дефекты сварки плавлением в соединениях, выполненных со всеми их конструктивными и технологическими особенностями.

7. Созданы контрольные образцы, позволяющие учесть влияние размеров валика шва, а также расположение дефекта в соединении относительно плоскости симметрии шва на чувствительность метода.

8. Созданы устройства для магнитографического контроля сварных соединений труб,полотнищ и резервуаров.Устройства и разработанные методики контроля внедрены на семи предприятиях, в том числе на п/я В-2190, Р-6758, Саратовском заводе "Проммаш", Моги-левских ТЭЦ-2 и НПО "Экология", в учебный процесс.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ СЛЕДУЮЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ :

1.Методики и результаты теоретических и экспериментальных исследований формирования полей наружного и обратного валиков швов, обобщенный параметр шва, номограммы по определению предварительного режима намагничивания.

2. Закономерности изменения суперпозиции магнитных полей на поверхности реального сварного соединения в зависимости от координат расположения дефекта при намагничивании шва в поперечном направлении. Области качественно разной выявляемости дефектов в реальном сварном соединении - однозначности и неоднозначности (1-го и 2-го рода); принцип раздельного контроля дефектов разного вида в соединении.

3. Закономерности формирования магнитного поля дефекта, поля валика шва,а также суперпозиции полей, воздействующих на магнитную ленту, при намагничивании изделия под углом и вдоль продольной оси шва.

4. Закономерности формирования полей цепочек локальных не-сплошностей с учетом режима и направления намагничивания, величины и глубины залегания дефектов. Способы повышения разрешающей способности метода.

5. Способ снижения уровня помех, вызванных дополнительной полюсностью и повышения чувствительности МГК реальных сварных соединений. Оптимизация условий намагничивания сварного соединения с уложенной на него магнитной лентой постоянным и импульсным магнитным полем.

6. Способ обнаружения поверхностных дефектов с применением постоянного магнита.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД СОИСКАТЕЛЯ.

Основные результаты диссертации, включая наиболее важные изобретения, получены соискателем самостоятельно.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные научные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на ¡Всесоюзной научно-технической конференции "Неразрушающие физические методы и средства контроля", Минск, 1981; научно-технической конференции " Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве", Челябинск,1986; Уральской научно-технической конференции "Физические методы и приборы неразрушающего контроля", Ижевск,1989; Республиканской научно-технической конференции "Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий и оборудования в машиностроении, сварочном производстве, строительстве", Могилев,1991;Республиканской школе -семинаре "Автоматизация методов неразрушающего контроля качества", Киев,1992; V Межвузовской научно-технической конференции "Современные методы и средства электромагнитного контроля и эффективность их применения в промышленности", Могилев, 1993; Межвузовской научно - технической конференции, Могилев, 1995; объединенном семинаре лабораторий дефектоскопии, электромагнетизма, магнитного структурного анализа, ферромагнетизма ИФМ УНЦ АН СССР, Свердловск, 1984; выездном заседании Координационного Совета МВССО СССР по проблеме "Неразрушающие методы контроля", Могилев, 15-16 мая 1984г, научном семинаре в Институте сварки и упрочняющих покрытий, Минск, 1997г.

ОПУБЛИКОВАННОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ.

Основные результаты диссертации опубликованы в 25 статьях, 20 тезисах докладов на конференциях, 56 авторских свидетельствах и патентах на изобретения.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Содержание диссертации изложено на 359 страницах и кроме машинописного текста включает 154 рисунка на 96 страницах, 2 таблицы на II страницах, список использованных источников на 24 страницах в количестве 315 наименований. Шесть приложения к диссертации выполнены на 44 страницах.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий», Новиков, Владимир Алексеевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В работе на основе проведенных систематических теоретических и экспериментальных исследований нашло дальнейшее более углубленное развитие магнитографического метода контроля по основным его научным направлениям и решены в связи с этим актуальные задачи по снижению порога чувствительности, повышению разрешающей способности, информативности и селективности обнаружения различных видов внутренних и поверхностных дефектов в сварных изделиях с учетом их конструктивно-технологических особенностей.

Решение задачи охватывает следующий комплекс проблемных вопросов.

1. Установлены особенности формирования магнитостатических полей от наружных и обратных валиков сварного соединения при намагничивании его в поперечном направлении. Показано,что вектор тангенциальной составляющей напряженности поля валика на всей поверхности шва, за исключением краев, направлен навстречу вектору напряженности внешнего поля; равным значениям коэффициента формы Ф (отношение ширины шва к высоте валика)соответствуют одинаковые значения размагничивающего поля в плоскости симметрии валика. Показано,что при определенных условиях обратный валик и остающаяся магнитная подкладка снижает величину магнитной индукции в сварном соединении.

2. Впервые установлено, что характер топографии тангенциальной составляющей поля существенно зависит от глубины залегания внутреннего дефекта и может трансформироваться из колоколообразной в двугорбую форму. В результате в сварном соединении появляются области однозначного и неоднозначного обнаружения дефекта.

Предложен новый информативный параметр контроля -полярность сигнала, соответствующего краям валика шва, по которому можно судить о наличии крупных протяженных дефектов в соединении, намагничивающих шов сильнее окружающего основного металла. Показано, что минимальная величина такого дефекта возрастает с увеличением раскрытия дефекта и коэффициента формы Ф валика шва.

3. Разработаны способы МГК, позволяющие компенсировать помехи, обусловленные поверхностными неровностями,за счет записи полей -помех на участке обратимого намагничивания или искусственно созданном предварительнымнамагничиванием пассивном участке характеристики магнитной ленты. Для компенсации помех, обусловленных валиком шва, и снижения порога чувствительности метода по выявлению дефектов, поля рассеяния которых совпадают с краями валика шва, разработан и реализован способ магнитографического контроля, заключающийся в дополнительном намагничивании сварного соединения и прижатой к нему ленты импульсным полем, имеющим полярность, противоположную основному полю.

4. Предложен принцип раздельного контроля сварных соединений на наличие дефектов различных видов. Он позволяет более полно учесть при контроле как специфические особенности дефектов сплошности (форма, ориентация, места расположения и т.д.), так и конструктивно-технологические особенности сварных соединений. Реализация принципа раздельного контроля позволила предложить и реализовать ряд высокоэффективных способов контроля, значительно увеличивших возможности метода.

5. Разработан способ, заключающийся в намагничивании сварного соединения вдоль продольной оси шва и считывании записи с магнитной ленты вдоль направления остаточной намагниченности, позволивший снизить порог чувствительности МГК при обнаружении одиночных пор и шлаковых включений в 4-5 раз и исключить при зтом влияние помех от валика шва.

Разработаны способы, позволившие при МГК уверенно различать расположенные рядом локальные дефекты. Так. при намагничивании изделия вдоль цепочки несплошностей и считывании записи с магнитной ленты вдоль направления намагничивания достигается повышение разрешающей способности обнаружения дефектов внутренней поверхности соединения в 10-40 раз,а дефекты наружной поверхности различимы даже тогда, когда они перекрываются. в. Показано, что чувствительность и селективность обнаружения внутренних дефектов в сварных соединениях повышается при применении концентраторов магнитной индукции (КМИ). Исследованы различные варианты ориентации КМИ относительно сварного соединения и найдены оптимальные условия,обеспечивающие наилучшую выявляемость дефектов. Например, при одностороннем подходе и контроле за один проход наибольшая чувствительность обнаружения протяженных дефектов в стыксеых соединениях обеспечивается, если КМИ расположены на расстоянии 2-3 мм от краеЕ шва на высоте 2-2.5 мм от поверхности изделия; при двустороннем подходе к сварному соединению протяженный дефект величиной е 5% и более можно обнаружить, если в процессе намагничивания перемещать НУ, ориентируя ось рабочего

ЗЗоСрЭ tiMM ПОД УГЛОМ ДО iLi'^ К ПрОДОЛЬНОЙ ОСИ ШБ2.

Более высокой чувствительности контроля разносриентированных трещин можно достичь, если при намагничивании поворачивать намагничивающее устройство в процессе его перемещения вдоль ава в пределах ± 45'"' к продельной оси ¡¡ша.

7. Предложен и исследован способ контроля поперечных и локальных дефектов в сварном соединении путем записи магнитных полей на магнитную ленту в околошовной зоне. Достоинство этого способа в низком пороге чувствительности контроля швов с грубой поверхностью соединения. Выявлены особенности формирования магнитных полей рассеяния поперечных трещин, расположенных на внутренней и наружной поверхностях соединения.

3. Показано, что поверхностные трещины глубиной свыше 150 мкм и шириной более 20 мкм в реальных изделиях при МГК можно обнаруживать, применяя для намагничивания постоянные магниты массой в 50-100 раз меньше традиционных электромагнитов, если намагничивать контролируемое изделие вместе с уложенной на его поверхность магнитной лентой перемещением полюса магнита над лентой. Высокая чувствительность метода при малой массе магнита достигается за счет значительного увеличения напряженности поля, действующего вблизи полюса магнита, и контроля в приложенном поле. Оптимальные углы наклона магнита в форме параллелепипеда к поверхности изделия составляют 2-4° и 90°.

Э. Разработаны установки, унифицированные контрольные образцы- и методика МГК стыковых сварных соединений, учитывающая влияние размеров валика шва на режим ■ намагничивания и выявляемость дефектов. Результаты работы внедрены на восьми предприятиях Республики Беларусь и СНГ.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Новиков, Владимир Алексеевич, 1999 год

1. A.c. 102537 СССР, 42К4603. Способ магнитной дефектоскопии /Маховер Х.С., Усенко Ю.В.- N 958443/25; Заявлено 11.09. 52;: Опубл. 7.01.56, Бюл. N 2.- 3 с.

2. Forster F. Editorial description on the first presentation of magnetography in a lecture on measurement and testing in production, at Stutgarte in 1950. Industrierundschau, 1951, N 6, p. 58.

3. Контроль качества сварки / Под ред. В.H. Волченко. М. : Машиностроение, 1975. - 328 с.

4. Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1986. 352 с.

5. Зацепин H.H., Горбунов Э.К. Магнитостатическое поле внутреннего дефекта в ферромагнитном пространстве // Сб. Неразрушаю-щие методы и средства контроля и их применение в промышленности. Мн.: Наука и техника, 1973. - С. 140 - 152.

6. Щербинин В.Е., Шур М.Л. Учет влияния границы изделия на поле цилиндрического дефекта // Дефектоскопия. 1976. - N 6. -С.30 - 36.

7. Фалькевич A.C., Хусанов М.Х. Магнитографический контроль сварных соединений. М.: Машиностроение, 1966. - 176 с.

8. Кашуба Л.А. Чувствительность магнитографического метода контроля сварных швов // Сб. Контроль качества сварных соединений. М.: ЦЕТИ. - 1968. - С. 74 - 79.

9. Жолнерович O.A., Хаит А. Д. Эффективность использования магнитографических методов дефектоскопии. Мн. : БелНИИНТИ, 1978. - 44 с.

10. Хусанов М.Х. Контроль качества сварных стыковых соединений магнитографическим методом // Сб. Контроль качества сварных соединений. М.: ЦБТИ, 1968. - С.65 - 74.

11. Шарова A.M. Контроль качества сварки магнитографическим методом. Мн.: Выш. школа, 1979. - 120 с.

12. Халилеев П.А., Обухов B.C. Прибор для магнитного контроля сварных и литых изделий // Заводская лаборатория. 1937. -N 10. - С. 1247 - 1251.

13. Козлов B.C. Физика магнитографической дефектоскопии. Мн.: Наука и техника, 1968. - 160 с.

14. Козлов B.C. Техника магнитографической дефектоскопии. Мн.: Вышэйшач школа, 1976. - 256 с.

15. Шарова A.M. Исследование процессов выявления дефектов в сварных стыковых соединениях магнитографическим методом. -Дис. канд. техн. наук. Киев, 1972. - 83 с.

16. Акулов А.И., Бельчук Г.А., Демянцевич В.П. Технология и оборудование сварки плавлением.- М.:Машиностроение, 1973.-432 с.

17. Ерохин A.A. Основы сварки плавлением. М.: Машиностроение, 1973. - 448 с.

18. Сварка в машиностроении. Справочник в 4-х томах, Т. 2 / Под ред. А.И. Акулова. М.: Машиностроение, 1972. - 462 с.

19. Фалькевич A.C., ЛубовВ.Н., Усенко Ю.В. Магнитографический контроль сварных швов //Сварочное производство. 1955.- N 1. - С. 36 - 38.

20. Теоретические основы сварки / Под ред. В.В. Фролова. М.: Машиностроение, 1970. - 592 с.

21. Зацепин H.H., Халилеев П.А., Щербинин В.Е. Контроль изделий на нарушение сплошности по тангенциальной составляющей поля дефекта с помощью феррозондов-полемеров // Дефектоскопия. 1969. - N 5. - С. 72 - 74.

22. Зацепин H.H., Кифер И. И. Магнитные методы дефектоскопии // Дефектоскопия. 1969. - N 5. - С. 76 - 82.

23. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением / Под ред. Б.Е. Патона. М.: Машиностроение, 1974. - 768 с.

24. Бельчук Г.А. Сварные соединения в корпусных конструкциях. -Л.: Судостроение, 1969 280 с.

25. Гранин В.Ф. Металловедение сварки плавлением. К.: Навукова думка, 1982.

26. Организационные основы контроля. Дефекты конструкций / Под ред. H.A. Ольшанского. М.: МЭИ, 1982. - 44 с.

27. Белокур И.П., Жданов И.М., Батюк В.В. Контроль технического состояния сварных конструкций. К.: Знание, 1980. - 24 с.

28. Dornl., Villain 1. Der Einflub von Nahtfehlern auf das Festigkeitsverhalten von Schweibverbindungen Verbindunk -stechnik Kongres Frankfurt/ V.: 1980. - H. 73 - 87.

29. Кедров A.H. Исследование влияния пор, шлаковых включений в сварных швах на прочность сварных конструкций. М.: ЦНИИС МПС, 1954. - 233 с.

30. Николаев Г.А., Макаров И.И. Вопросы прочности и технологии сварки. М.: Машгиз, 1955. - 318 с.31.32,33.