Контроль качества сварных соединений и конструкций

Копия Сборочный.cdw

* Размеры для справок
Кожух муфты условно не показан

Курсовая - Полотнища.doc

В современных условиях сварка является самым распространённым методом
получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и
дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении.
При изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления
корпусов кораблей резервуаров и других сварных конструкций ответственного
назначения требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных
соединений. Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного
цикла любого изделия (сварное соединение) который является гарантией
работоспособности и надёжности сварных соединений и конструкций.
Современная дефектоскопия сварных соединений использует многие методы
контроля позволяющие оценивать качество соединений с различной позиции.
Наиболее совершенными из них являются методы контролирующие сплошность
металла шва и околошовной зоны без разрушения соединения. При отсутствии
несплошностей являющихся концентраторами напряжений и применения
надлежащих материалов (электродов проволоки флюса) сварные соединения
могут надежно работать в самых тяжелых условиях.
Многочисленные исследования ученых и практика эксплуатации сварных
конструкций ответственного назначения способствовали широкому применению
физических неразрушающих методов контроля в различных отраслях
промышленности и строительства.
Основные преимущества методов контроля основанных на достижениях
различных областей современной физики сводятся к следующему:
- значительно уменьшаются затраты и сокращаются сроки проверки сварных
швов по сравнению с ранее применявшимися выборочными механическими
испытаниями образцов сварных швов;
- возможен широкий охват а иногда и сплошная проверка сварных швов
объектов ответственного назначения;
- возможно выявление дефектных участков шва с последующим их
- наглядны результаты некоторых физических методов контроля что
повышает ответственность сварщиков за качество своей работы.
Способ неразрушающего контроля для конкретных объектов необхо-
димо выбирать в зависимости от разрешающей способности и универсальности
метода контроля его чувствительности к выявлению различных дефектов в
сварных швах производительности стоимости и безопасности для
обслуживающего персонала.
В последние годы развитие неразрушающей дефектоскопии сварных
соединений в основном осуществляется в следующих направлениях:
- изучение проникающего действия рентгене- и гамма-излучения
фиксируемого на специальной пленке или визуально наблюдаемого на экране;
- изучение распространения концентрированного пучка ультразвуковых
колебаний в металлических изделиях и фиксация отклонения этих колебаний в
местах несплошностей (дефектов) в сварных швах и основном металле;
- исследование магнитных полей рассеяния или различной степени
намагниченности ферромагнитных изделий в местах несплошностей фиксируемых
с помощью измерительных приборов перемещения частиц железного порошка или
«записей» на магнитной ленте.
Каждое из этих направлений развития дефектоскопии сварных соединений
осуществляется в виде целого ряда физических методов контроля имеющих
определенную область применения 1.
Современная технология насчитывает сотни различных способов сварки.
Качество сварных соединений проверяют выборочными разрушающими испытаниями
на прочность и неразрушающими испытаниями с помощью радиационных
ультразвуковых магнитных электромагнитных и других методов контроля.
Проведенные в последние годы исследования показывают что качество
сварных соединений колеблется в широких пределах и по отдельным отраслям
промышленности и строительства может быть весьма низким.
Низкое качество обычно – следствие несоблюдения запроектированной
технологии отсутствие системы обратной оперативной связи от контроля
технологии и других скорее организационных чем технических недостатков.
Указанные организационные недостатки могут быть преодолены с помощью
внедрения системы и методов статистического управления качеством. Эти
методы в сварочном производстве пока не нашли нужного применения.
Растущие требования к качеству продукции выдвинули задачу подготовки
специалистов владеющих необходимой совокупностью знаний технологий
аппаратуры контроля и вопросов организации управления качеством
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля полотнищ на наличие локальных дефектов в швах.
Для этого необходимо провести анализ характеристик объекта контроля
выбрать оптимальный метод контроля схему и параметры намагничивания
изучить особенности работы магнитной ленты при магнитографическом контроле;
произвести расчёт и разработать оборудование для контроля.
Разработанное устройство должно обеспечивать максимальную
достоверность и производительность контроля минимальную трудоёмкость и
минимальные затраты на его изготовление.
Характеристики объекта контроля
Объект контроля представляет собой двустороннее сварное соединение
полотнища (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Объект контроля
Полотнище изготовлено из стали 09Г2 которая является
низколегированным ферромагнетиком. Используется при изготовлении деталей
вагоностроения экскаваторов элементов сварных металлоконструкций и других
деталей работающих при температуре от -40° до +45° С.
Сварка стали 09Г2 производится без подогрева и без последующей
термообработки что даёт ей преимущество перед рядом других марок сталей
Полотнище изготовлено путём сваривания листов стали и имеет габаритные
Согласно техническому условию недопустимыми для данного вида изделия
являются протяжённые дефекты глубиной более 10% поры и шлаковые включения
– больше 25% от толщины изделия.
Программа – 500 шт.год.
Обоснование выбора метода контроля
Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных полей
рассеяния возникающих при наличии различных дефектов сплошности в
намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов.
В настоящее время известны следующие методы магнитного вида контроля:
- магнитопорошковый;
- магнитографический;
- магниторезисторный;
- феррозондовый магнитополупроводниковый.
Магнитопорошковый метод имеет ряд недостатков: низкая
производительность низкая чувствительность для дефектов находящихся на
большой глубине стекание магнитной суспензии с объекта контроля. Метод
является индикаторным а по тому не позволяет даже приближенно оценить
Индукционный – требует высокой скорости перемещения преобразователя
при контроле в приложенном поле 4.
Магнитографический метод контроля обладает особой чувствительностью
при выявлении протяженных поверхностных и подповерхностных дефектов объекта
контроля безопасен для обслуживающего персонала и позволяет многократно
использовать магнитные ленты.
Важнейшим недостатком магнитографического метода является возможность
фиксации ложных сигналов при наличии грубой чешуйчатости и других
неровностей поверхностей сварного шва. Поэтому на современном уровне
наиболее эффективные результаты магнитографический метод дает при
использовании его для контроля сварных соединений выполненных
автоматической сваркой под флюсом и другими механизированными методами
сварки плавлением в изделиях толщиной до 25 мм (ГОСТ 25225-82).
Такие методы как феррозондовый эффект Холла индукционный можно
использовать на грубых поверхностях при этом минимальная глубина
выявляемых дефектов составляет трехкратную высоту шероховатости
Феррозондовый и индукционный метод метод эффекта Холла удобно применять
для контроля цилиндрических изделий.
Проанализировав существующие методы контроля и основываясь на том что
выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность достоверность
контроля производительность удобство в эксплуатации и наглядность
приходим к выводу что наиболее приемлемым методом контроля сварных швов
полотнищ является магнитографический так как он обладает высокой
чувствительностью производительстью позволяет судить о размерах
обнаруженных дефектов позволяет отстроиться от ложных сигналов
обусловленных поверхностными неровностями и структурными неоднородностями
и позволяет многократно использовать магнитные ленты.
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля
В сварных соединениях изделий из низкоуглеродистых и ряда
низколегированных сталей дефекты сплошности (непровары подрезы трещины
цепочки пор) ориентированы вдоль продольной оси шва. При магнитографическом
контроле рекомендуют такие соединения намагничивать в поперечном
направлении т.к. вектор напряженности внешнего поля в этом случае будет
ориентирован перпендикулярно направлению распространения дефектов и их
выявляемость поэтому будет наилучшей 1.
При намагничивании сварного соединения в поперечном направлении
выпуклость шва создает значительную неоднородность поля в зоне контроля.
Объясняется это тем что на его выступающей поверхности образуются
магнитные полюсы которые создают в шве и его окрестностях поле
направленное навстречу внешнему. Чем меньше ширина В и больше высота С
валика шва тем слабее намагничен шов. Особенно малая индукция в плоскости
симметрии шва. Поэтому выявляемость дефектов расположенных в указанном
сечении шва наихудшая. Расчетным и экспериментальным путем было показано
что при неизменном значении напряженности намагничивающего поля одинаковым
значениям обобщенного параметра шва (=ВС всегда соответствуют одинаковые
значения напряженности поля в плоскости симметрии шва. Это значит что
предварительный режим намагничивания при магнитографическом контроле
необходимо устанавливать в зависимости от ( 5.
Чувствительность магнитографического контроля сварных соединений
зависит не только от величины поля дефекта но и от его градиента. При этом
влияние размеров валика шва на чувствительность метода наиболее точно можно
учесть с помощью обобщенного параметра R0=B28C - радиуса кривизны валика
шва в плоскости его симметрии. Чем меньше R( тем ниже чувствительность
контроля сварных соединений 6.
На магнитную ленту в процессе магнитографического контроля стыковых
сварных соединений (при поперечном намагничивании) записывается в основном
суперпозиция магнитных полей следующих видов: тангенциальные составляющие
внешнего намагничивающего поля H(о поля изделия (без валика шва) Н(и поля
валика шва Н(v и поля дефекта Н(d. Полями обусловленными термическими
неоднородностям неоднородностями химического состава и чешуйчатостью при
контроле сварных соединений изделий из низ-
коуглеродистых и низколегированных сталей выполненных автоматической
сваркой под флюсом можно пренебречь. Тангенциональная составляющая поля
дефекта с увеличением глубины его залегания претерпевает не только
количественное но и качественное изменение. Начиная с некоторой глубины
залегания дефекта H(d из колоколообразной трансформируется в двугорбую
максимумы которой смещаются к краям валика шва. Это обуславливает появление
в шве областей качественно разной выявляемости дефектов 5.
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции в
контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля в
зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной индукции.
Указанные недостатки во многом устраняются а чувствительность
контроля сварных швов значительно повышается если концентраторы магнитной
индукции расположить на высоте С+( от поверхности контролируемого изделия
на расстоянии друг от друга равном ширине шва где С - высота валика шва
( ( (4мм 89. При этом вследствие того что на валик шва воздействует
неоднородное дополнительное подмагничивающее поле (у середины шва сильнее
чем у краев) шов в поперечном направлении оказывается намагниченным более
равномерно. Это приводит к повышению достоверности метода.
С уменьшением расстояния между концентраторами магнитной индукции
создаваемая ими напряженность поля вначале возрастает достигая
максимального значения при l=4..5 мм а затем убывает. При описанном выше
способе магнитографического контроля максимальное значение напряженности
намагничивающего поля ограничивается шириной шва: если расстояние между
рабочими гранями концентраторов магнитной индукции будет меньше чем ширина
шва то на сигналограмме будут наблюдаться помехи величина которых может
превосходить сигналы от недопустимых дефектов. В 7 предложено
расстояние между рабочими гранями концентраторов магнитной индукции в
намагничивающем устройстве установить 6 - 8 мм а при контроле судить
только о качестве участка шва находящегося в плоскости симметрии валика и
его окрестностях ((2мм) т.к. по статистическим данным около 90 % дефектов
сплошности располагается в плоскости симметрии шва. О качестве остального
шва можно судить и по результатам традиционного способа магнитографического
контроля : шов у краев намагничен обычно достаточно для уверенного
обнаружения дефектов.
В 8 предлагается концентраторы магнитной индукции расположить
на расстоянии 4 ( 5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающем
устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы
под углом не более 10° к продольной оси шва. Магнитную ленту необходимо при
этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае
могут обнаруживаться непровары величиной 5 % и более от толщины основного
Описанные выше способы магнитографического контроля предназначены для
обнаружения протяженных дефектов в шве (трещин непроваров подрезов
цепочек пор). Чувствительность метода при этом максимальна т.к. вектор
напряженности намагничивающего поля перпендикулярен направлению
распространения дефекта. Локальные дефекты (одиночные поры шлаковые
включения) не имеют такой преимущественной ориентации: в плоскости изделия
они имеют округлую форму. Чувствительность контроля реальных сварных швов
на наличие таких дефектов составляет 80 ( 100 %.
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых
включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси 9.
При этом вследствие снижения размагничивающего фактора сварной шов
окажется намагниченным значительно сильнее. Максимальная амплитуда сигнала
обусловленного дефектом будет иметь место если ленту считывать вдоль
линии намагничивания.
Для реализации этого способа 10 необходимо чтобы материал магнитной
пленки служащей индикатором обладал высокой магнитооптической
добротностью при необходимых величинах других магнитных парамет-
ров пленки таких например как намагниченность анизотропия коэрцитивная
сила и т.д. Такое сочетание требований исключает возможность применения
широкого разнообразия магнитных материалов для приготовления индикаторных
пленок. Кроме того этот способ достаточно чувствителен только к нормальной
компоненте магнитного поля. Как то так и другое ограничивает возможности
способа основанного на использовании индикаторной пленки.Для отстройки от
помех обусловленных валиком шва и поверхностными неровностями в 11
предложен следующий способ магнитографического контроля. После
намагничивания сварного шва постоянным магнитным полем (при этом на ленту
запишутся как полезные поля так и помехи) необходимо произвести повторное
намагничивание сварного шва и ленты магнитным полем не проникающим глубоко
в металл шва и вызывающим образование помех обусловленных только валиком
шва и полей от поверхностных дефектов. При повторном намагничивании
направление вектора напряженности поля противоположно первоначальному а
рается такой чтобы компенсировать помехи за счет наложения их полей.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода
в 12 предложено контролируемый объект намагничивать вдоль направления
распространения цепочки пор во многих случаях ориентация дефектов
известна) а считывание записи с ленты осуществлять вдоль линии
намагничивания. При этом разрешающая способность метода возрастает 10 ( 40
раз удается различить две находящиеся под краской или заполненные шлаком
поры наружной поверхности даже в том случае если они перекрываются.
Повышение разрешающей способности метода в этом случае можно объяснить
следующим. При режимах обеспечивающих высокую чувствительность метода
поля локальных дефектов оказываются вытянутыми в направлении
перпендикулярном вектору напряженности поля. Линии равных значений
тангенциальной составляющих полей пор и шлаковых включений имеют вид
эллипсов большие оси которых ортогональны направлению намагничивания.
Одним из путей повышения чувствительности контроля является от-
стройка от помех обусловленных валиком шва поверхностными неровностями и
структурными неоднородностями контролируемого объекта. Например от помех
обусловленных валиком шва и краями ленты можно отстроиться если применить
две совмещенные магнитные головки с дифференциальной схемой включения
обмоток 13. При набегании на край ленты в головках будут индуцироваться
практически одинаковые сигналы (из-за близости расположения головок друг от
друга) которые на выходе можно исключить путем встречного включения
Недостаток – двухканальная дифференциальная головка регистрирует лишь
локальные дефекты либо начало и конец протяженного.
В современных дефектоскопах от помех обусловленных краями магнитной
ленты отстраиваются электронными устройствами. Основным узлом устройства
является линейный селектор времени пропускающий сигналы на индикатор
только в те моменты когда считывающая магнитная головка пробегает над
средней частью ленты 14.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является
способ 15 в котором индикатором является магнитная пленка входящая в
состав магнитодоменного преобразователя размещаемого на поверхности
контролируемого изделия. Магнитное состояние пленки задается результирующим
магнитным полем составляющими которого являются внешнее
магнитное поле (генерируемое устройством контроля) и поля рассеяния
исследуемого объекта при этом магнитное состояние пленки регистрируется
магнитооптическим методом а дефектность изделия определяется из анализа
магнитооптического сигнала при сканировании магнитодоменным
преобразователем поверхности изделия.
Известен способ магнитографического контроля 16 где на изделие
укладывают магнитную ленту однократно намагничивают ее совместно с
изделием в поперечном длине ленты направлении магнитным полем величину
напряженности Hо которого определяют по эмпирическим таблицам учитывающим
магнитные свойства ленты толщину изделия и другие факторы снятую с
изделия ленту сканируют построчно в поперечном ее длине направлении
индукционной головкой сигнал головки подают на осциллограф и о наличии
дефектов судят по изображению на экране. Способ применяется для контроля
изделий сварных швов и пр. толщиной до 20-25 мм и должен обеспечивать
выявление дефектов в 5-10% и более от толщины стенки.
Недостатком способа 16 является трудность выбора значения Hо
оптимального для выявления всех возможных дефектов. Действительно значение
Hо достаточное для выявления наружных дефектов (НД) не позволяет
обнаружить глубоколежащие внутренние дефекты (ВД); в свою очередь в полях
Hо достаточных для выявления ВД сигнал НД может резко уменьшиться. На
практике ориентируются на выявление наименьших недопустимых дефектов на
внутренней для ленты стенке изделия причем такими дефектами служат
Известен способ выбора оптимального значения Hо по величине магнитной
индукции в металле изделия 16 соответствующей максимуму производной от
магнитной проницаемости материала по магнитной индукции. Недостатком
способа является выбор значения Hо с точки зрения оптимальной индукции поля
в металле а не учета магнитных свойств ленты; способ выбора последних
здесь отсутствует. В итоге поле дефекта будет создано но из-за неверного
выбора ленты на ней может не записаться или записаться не оптимально.
Известен способ магнитографического контроля 16 где с целью
снижения собственных шумов ленты и повышения точности контроля уложенную на
изделие ленту намагничивают вместе с изделием до насыщения ленты в одном
направлении а затем в противоположном направлении до величины поля равной
величине релаксационной коэрцитивной силы ленты.
Способ 16 имеет недостатки: требует двукратного намагничивания
изделия что снижает производительность контроля; в нем не указаны маг-
нитные характеристики ленты и для низкокоэрцитивных лент поле Hо
соответствующее величине релаксационной коэрцитивной силы ленты может быть
недостаточным для выявления ВД.
Известен способ неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных
материалов 17 заключающийся в том что к контролируемому участку
предварительно намагниченного изделия прикладывается магнитная лента далее
с нее считывается магнитограмма по которой затем выявляется наличие
дефекта и определяется его местонахождение.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в 18 предложено дополнительно проводить
контроль при режиме 02НС(Н(((04НС где НС – коэрцитивная сила ленты. При
этом помехи обусловленные валиком шва не создают магнитного контраста
записи на ленте т.к. в этом случае магнитная лента работает на участке
обратимого намагничивания.
В 19 на ленту перед укладкой на изделие воздействуют полем заданной
напряженности направление которого совпадает с рабочим а величина равна
сумме внешнего поля и поля рассеяния от наибольшего допустимого дефекта.
В 20 для повышения достоверности контроля за счет определения его
раскрытия изделие намагничивают дважды регистрируя поле дефекта при
различных значениях напряженности поля.
Известен способ использующий продольное намагничивание который может
быть применён при контроле качества сварных швов из низкоуглеродистых
ферромагнитных материалов. Целью изобретения (рисунок 4.1) является
повышение чувствительности и достоверности контроля за счёт исключения
размагничивающего действия валика шва помех от краёв валика усиления шва
и более равномерного распределения магнитного поля по сечению
контролируемого шва.
Рисунок 4.1 – Намагничивающее устройство для продольного
Способ контроля состоит в том что намагничивают сварной шов с
прилегающей околошовной зоной считывают топографию магнитного рельефа
контролируемого участка и по магнитограмме определяют наличие дефектов. С
целью повышения чувствительности и достоверности определения дефектов
округлой формы намагничивание осуществляют вдоль шва а величину
намагничивающего поля выбирают в диапазоне 50–90 Асм.
Также существует намагничивающее устройство для реализации
вышеописанного метода. Преимущественно может быть использовано при контроле
сварных швов выполненных автоматической сваркой под флюсом нефте- и
газопроводов цистерн резервуаров на наличие пор шлаковых включений а
так же поперечных трещин. Намагничивающее устройство содержит установленный
на колёсах электромагнит с П-образным сердечником полюса которого имеют в
средней части проёмы (рисунок 4.1). С целью повышения чувствительности
контроля сварных швов высота проёмов выполнена в пределах (05 – 10)h
где h – высота полюса электромагнита.
Анализ литературных источников включая патенты на изобретения
показал что целесообразно производить раздельный контроль сварных швов на
наличие протяжённых и локальных дефектов. В первом случае сварной шов
необходимо намагничивать в поперечном направлении используя при
неблагоприятных размерах выпуклости шва концентраторы магнитной индукции
во втором случае – в продольном направлении считывая запись с ленты вдоль
направления её остаточной намагниченности.
Анализ литературных источников с целью разработки или модернизации
оборудования для контроля
При магнитографической дефектоскопии изделий из ферромагнитных
материалов используют специальные намагничивающие устройства
подразделяющиеся на подвижные и неподвижные.
Первоначально для поперечного намагничивания контролируемых объектов с
толщиной стенки до 12 мм использовали дисковые магниты. Их основными
недостатками являлись значительные потери (“растекание”) магнитного потока
вследствие малой площади контакта полюсов с поверхностью контролируемого
изделия что заметно ухудшало условия образования и выявления полей
Подвижные намагничивающие устройства получили наиболее широкое
распространение для контроля протяженных сварных швов. Устройство состоит
из двух удлиненных стальных полюсов скрепленных стальными сердечниками на
которых размещены катушки.
Стальной каркас с катушками опирается на четыре колеса из немагнитного
материала. Последние расположены таким образом что при установке
намагничивающего устройства на контролируемое изделие между его
поверхностью и полюсами образуется воздушный зазор который позволяет легко
перемещать устройство для намагничивания по данной поверхности хотя и
вызывает дополнительные потери магнитного потока что снижает значение
магнитной индукции в изделии и ухудшает выявление дефектов. Для уменьшения
рассеяния магнитного потока в намагничивающем устройстве применяют
ферромагнитные колеса 1.
Для создания большого магнитного поля в шве исключения помех
предложено устройство обладающее подмагничивающими пластинками
образующими рабочий зазор перемещаются по контролируемой поверхности таким
образом что направление движения и продольная ось зазора составляют
заданный угол отличающийся тем что с целью повышения чувствительности
при контроле стыковых сварных швов электромагнит перемещают вдоль шва и
ориентируют его таким образом чтобы противоположные точки пластин
образующих зазор располагались на границе шва 21.
С целью исключения влияния воздушного зазора на величину индукции в
контролируемом сечении создано намагничивающее устройство “шагун” которое
перемещаясь вдоль сварного стыка шаг за шагом позволяет его намагничивать
до высокой индукции 1.
“Шагун” представляет собой электромагнит с фасонными полюсными
наконечниками подвешенный к раме тележки посредством рессор. Сила упругой
деформации последних превышает притягивающую силу электромагнита и дает
возможность отрывать его полюсы от поверхности проверяемого изделия после
отключения намагничивающего тока. При контроле “шагун” удерживается на этой
поверхности в любых пространственных положениях с помощью силы притяжения
создаваемого небольшим постоянным током в обмотке электромагнита.
Устройства типа “шагун” не исключают “растекание” магнитного потока в
изделии и имеют значительную массу 21.
Для повышения чувствительности контроля разработано намагничивающее
устройство включающее П-образный электромагнит и дополнительный
подмагничивающий электромагнит установленный в межполюсном пространстве
основного электромагнита 22.
Основные недостатки – громоздкость и затруднённый подход к сварному
Предложено намагничивающее устройство предназначенное для поперечного
намагничивания сварных швов.
Устройство имеет две направляющие которые направляют намагничивающее
устройство вдоль намагничиваемого шва.
Для обнаружения протяжённых дефектов намагничивание шва целесообразно
осуществлять цепочкой электромагнитов перемещаемых вдоль сварного шва с
помощью ферромагнитных роликов. Это позволяет уменьшить растекание
магнитного потока в изделии и повысить чувствительность контроля вследствие
увеличения индукции в контролируемом сечении объекта.
Устройство для намагничивания шва с целью обнаружения локальных
дефектов рационально выполнить в виде одиночного электромагнита полюсы
которого содержат проёмы глубиной не менее 50 мм для прохождения в них шва
с уложенной на его поверхность магнитной лентой при перемещении устройства.
Компоновка расчёт и разработка оборудования для контроля
Для последующего расчёта электромагнита намагничивающего устройства
необходимо знать оптимальное значение индукции в контролируемом сечении
1 Определение оптимального режима намагничивания при
магнитографическом методе контроля ферромагнитых изделий.
Расчёт выполним по методике изложенной в 23.
Расчёт начинается с построения кривой намагничивания материала
контролируемого изделия B=f(H) (рисунок 6.1). Данные для построения кривой
намагничивания берутся из таблицы 23.
Рисунок 6.1 – Кривая намагничивания материала изделия
Используя данные построенной кривой строим зависимость [pic] (рисунок 6.2).
Рисунок 6.2 – Зависимость [pic] от индукции в контролируемом сечении
Расчет оптимального режима сводится к отысканию максимального
приращения производной на падающей (правой) ветви данной кривой.
Максимальное приращение производной [pic]([pic]( и находится в месте
перегиба кривой функции ((В) на ее ниспадающей ветви (в этой точке
По приближенным формулам определяют [pic]([pic]( и [pic]2([pic](2
используя значение ( нисходящей ветви кривой ((В) для точек Вi(h2 и Вi(h.
где h – шаг выбора значения .
Оптимальному режиму намагничивания соответствует минимум функции
[pic]([pic]( (рисунок 6.3) и точка пересечения графика функции
[pic]2([pic](2 с осью абсцисс (рисунок 6.4).
Рисунок 6.3 – Зависимость [pic]([pic]( от индукции в контролируемом
Рисунок 6.4 – Зависимость [pic]2([pic](2 от индукции в контролируемом
Полученное значение Вопт р=15 Тл является расчётным и ниже значения
полученного экспериментально на 10 20%. Учитывая это получаем
оптимальный режим намагничивания Вопт э=165 Тл.
Графики изображённые на рисунках 6.1-6.4 также приведены на чертеже
2 Расчёт устройства для намагничивания изделия в процессе магнитного
Расчёт выполним по методике описанной в 21.
Целью расчёта является определение намагничивающей силы IW устройства
для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в обмотке W –
число витков обмотки электромагнита.
Размеры намагничивающего устройства выбираем конструктивно учитывая
что толщина полюсов электромагнита должна быть в 2-3 раза больше толщины
стенки намагничиваемого изделия.
Исходя из задания толщина стенки контролируемого изделия b=6 мм
выбираем толщину полюсов электромагнита d=18 мм. Расстояние между полюсами
электромагнита L=100 мм высота h=150 мм длина C=200 мм (рисунок 6.5).
Расчётная схема электромагнита эквивалентная электрическая схема
графики изображённые на рисунках 6.5-6.11 также представлены на чертеже
Рисунок 6.5 – Расчётная схема электромагнита
Рисунок 6.6 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Из закона Кирхгофа следует:
где Hi li – падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии Uu в
зазорах Uy и в магнитопроводе Uп:
где L – длина средней линии изделия;
d – толщина полюсов;
Фи – магнитный поток в изделии;
b – толщина изделия.
Строим кривую намагничивания материала изделия (рисунок 6.5).
Используя выражения (6.5) по 6-8 значениям Hu и Bu взятым с кривой
намагничивания строим зависимость Uu = f(Фu) а затем зависимость Uу =
f(Фu) в той же системе координат (рисунок 6.7).
Вычисляем падение магнитного напряжения в зазорах:
где H0 – напряжённость поля в зазоре;
– толщина суммарного зазора равная 1 мм.
Рисунок 6.7 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре Uy и в изделии
Uu от магнитного потока в нём
Затем строим кривую падения магнитного напряжения в магнитопроводе в
зависимости от потока в нём Un=f(Фn) (рисунок 6.8).
где Фп – магнитный поток в магнитопроводе.
Рисунок 6.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в нём
Значение Вn и Нn определяют по кривой намагничивания материала
магнитопровода. Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в нем представлена на рисунке 6.8.
Чтобы пересчитать Un в зависимости от Фn запишем уравнение Кирхгофа
для точки М эквивалентной электрической схемы на рисунке 6.2.2.
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходный
Так как отношение потоков Фu и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям (Ru+Ry) и RF то:
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
hF=150-18=132 мм=0132 м
=431410-7=125610-6 Гнм
Из 6.8 и 6.9 получаем:
Bu Hu – индукция и напряжённость в изделии соответствующие
оптимальному режиму намагничивания.
Путем пересчета с использованием формулы (6.13) из последнего графика
получают зависимость Un = f(Фu) (рисунок 6.9). Затем суммируя Uu Uy Un
получают зависимость U( = f(Фu) (рисунок 6.10). Зная сечение изделия
строят вторую ось (Вu) т.е. аналогичную зависимость U( = f(Вu) где
Рисунок 6.9 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в изделии
Рисунок 6.10 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
Зная значение Вопт=165 Тл в контролируемом сечении определяем U1 по
Затем с учетом коэффициента заполнения Кз = 04 и площади S окна
занимаемого всеми витками катушки определяем число витков обмоточного
провода для каждого случая диаметра проволоки задаваясь его диаметром d=1;
S=0801(015-0018)=0011 м.
Затем определяем величину тока в катушке по известным намагничивающей
силе и числу витков катушки для каждого случая диаметра провда:
Для учёта того что в сварном соединении присутствует усиление шва
увеличиваем ток в 6-8 раз. Получаем:
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
где lср – средняя длина витка провода в катушке
( – удельное электрическое сопротивление равное 00054 Омм.
Определяем потребляемую мощность:
Так как потребляемые мощности одинаковы при разном диаметре провода
то выбираем диаметр проволоки исходя из приемлемого числа витков катушки:
Расчётным путём определено оптимальное значение магнитной индукции в
контролируемых сечениях объекта Bопт=165 Тл. На основе полученных
расчётов и литературы определены параметры электромагнита намагничивающего
устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350 сечение полюса
Описание устройства для контроля и принципа его действия
Установка состоит из одиночного электромагнита лентопротяжного
механизма состоящего из расходной и приемной кассеты электродвигателя
осуществляющего привод установки и вращение приемной кассеты.
Контроль осуществляется в следующей последовательности. Полотнище
подается на позицию контроля. У начала и конца шва укладываются
технологические пластины они обеспечивают равномерное намагничивание
начала и конца шва. Установку устанавливают непосредственно на объект
контроля так чтобы сварной шов с уложенной на его поверхности магнитной
лентой располагался в полюсных проёмах электромагнита.
При движении установки по объекту происходит намагничивание сварного
соединения а информация о результатах контроля сварного шва записывается
на магнитную ленту. Магнитная лента при движении намагничивающего
устройства перемещается из расходной кассеты в зону контроля.
Самораскручивание ленты из кассеты исключается использованием тормоза.
Для предотвращения обрыва ленты привод накопительной кассеты осуществляется
через резиновый пассик обеспечивающий уменьшение угловой скорости вращения
кассеты при увеличении диаметра намотанной катушки ленты.
Установка при движении по объекту производит намагничивание его и
информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на
наличие локальных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока
полюсы которого содержат проёмы для прохождения в них шва с уложенной на
него магнитной лентой установленный на ферромагнитных роликах механизм
перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия
Устройство позволяет намагничивать сварное соединение в продольном
направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществлять перемотку
магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения
устройства осуществлять прижим ленты к контролируемому шву.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и
околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой указанной
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт
используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 8.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная границе
раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а
ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности
то на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в 19 выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с
коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту в
межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем
Закрепить ленту в накопительной кассете.
Подвести установку к объекту контроля.
Осуществить привязку магнитной ленты к объекту контроля (отметить
начало шва номер изделия).
При контроле использовать технологические пластины представляющие
собой продолжение полотнища по которому двигается устройство и
устанавливаются у начала и конца шва.
Технологические пластины изготовлены из того же материала и такой же
толщины что и контролируемое изделие
Произвести настройку магнитографического дефектоскопа по эталонной
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных
швах поры и шлаковые включения глубиной более 25% от толщины
контролируемого изделия.
Разработка метрологического обеспечения средств контроля
Метрологическим обеспечением называют установление и применение
научных и организационных основ технических средств правил и норм
необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.
Для настройки чувствительности дефектоскопов используются
испытательные образцы и контрольная магнитограмма. Испытательные образцы
служат для изготовления контрольных магнитограмм.
Испытательные образцы должны быть изготовлены для каждой толщины
объекта контроля и марки стали листов качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом. Если на данном объекте контроля применяются
металлические листы различной поставки но из стали с одинаковыми или
близкими структурами химического состава и магнитного свойства то
изготавливается один общий испытательный образец для полотнищ из этих
сталей с одинаковой толщиной.
Глубину искусственных дефектов выбирают равной минимальному
браковочному уровню для заданной толщины объекта контроля в соответствии с
требованиями СНиП Ш-42-80. На поверхности испытательного образца должны
быть отмечены краской расположение и границы участков имеющих дефекты с
указанием вида и величины этих контрольных дефектов. Каждый испытательный
образец должен быть проверен и принят комиссией.
Контрольная магнитограмма служит для настройки чувствительности
Контрольные магнитограммы записывают на испытательных образцах путем
намагничивания их теми же устройствами и при тех же режимах которые
применяются для контроля полотнищ.
Для изготовления контрольной магнитограммы используют магнитную ленту
того же типа что и при неразрушающем контроле изделий. При каждой смене
партии магнитной ленты должна быть изготовлена новая контрольная
магнитограмма из новой партии ленты. На магнитограмме должны быть отмечены
- границы участков с указанием вида и величины дефектов;
- толщины основного металла и испытательного образца;
- режим намагничивания.
Используют один и тот же магнитографический дефектоскоп с несколькими
намагничивающими устройствами. Записывают контрольную магнитограмму и
настраивают чувствительность магнитографического дефектоскопа. При
настройке чувствительности дефектоскопа фиксируют амплитуду сигнала от
контрольного дефекта являющуюся браковочным уровнем. Если амплитуда
сигнала обусловленного дефектом в контролируемом изделии превышает
браковочный уровень то дефект считают недопустимым. Настройку
чувствительности магнитографического дефектоскопа следует проводить перед
каждым началом работы с ним.
Мероприятия по охране труда
Работу по магнитографическому контролю следует вести в соответствии
- СниП Ш-4-60 “Техника безопасности в строительстве”;
- “Правил техники безопасности при производстве металлических
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопистов или из дефектоскописта и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и
намагничивающих устройств выполняют требования электробезопасности в
соответствии со следующими нормативными документами:
- ГОСТ 12.1.013 – 78;
- ГОСТ 12.1.019 – 79;
- “Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей” (М. Энергия 1970).
При необходимости проверки напряжения электротока на клемах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдать в соответствии с ГОСТ
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля
сварных стыков металлических листов должны периодически проходить
инструктаж по технике безопасности с регистрацией в специальном журнале.
Проанализировав существующие методы контроля и основываясь на том
что выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность
достоверность контроля производительность удобство в эксплуатации и
наглядность приходим к выводу что наиболее приемлемым методом контроля
сварного шва полотнищ является магнитографический так как он обладает
высокой чувствительностью производительностью позволяет судить о размерах
Для обнаружения протяжённых дефектов намагничивание шва
целесообразно осуществлять цепочкой электромагнитов перемещаемых вдоль
сварного шва с помощью ферромагнитных роликов. Это позволяет уменьшить
растекание магнитного потока в изделии и повысить чувствительность контроля
вследствие увеличения индукции в контролируемом сечении объекта.
контролируемых сечениях объекта Bопт=165 Тл. На основе результатов
расчётов и рекомендованной литературы определены параметры электромагнита
намагничивающего устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350
сечение полюса 200х18 мм.
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов
на наличие локальных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока
установленный на ферромагнитных роликах механизм перемещения
электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия ленты
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений А.С.
Фалькевич М.Х. Хусанов.– М.: Машиностроение 1966.
Волченко В. Н. Контроль качества сварки. – М.: Машиностроение1975.
Неразрушающий контроль: Практ. Пособие Т2 Под ред. В. В.
Сухорукова. – .М: Высш. шк. 1991. – 283 с.; ил.
Новиков В.А. Исследование магнитографического метода контроля
стыковых сварных соединений с целью повышения его разрешающей способности:
Дис канд. техн. наук: 01.04.11.– Защищена 22.03.85; Утв. 07.08.85;
3272 – Сведловск.1985– 206 с.: ил.
Шарова А.М. Чувствительность магнитографического контроля качества
сварных соединений низкоуглеродистых сталей А.М. Шарова Д.А. Роговин
В.П. Куликов Автоматическая сварка.–1973.–№3.–С.39–42.
А.с. 1797033 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №492802628;
Заявлено16.04.91; Опубл. 23.02.93; Бюл. №7.– 6 с.
А.с. 1672345 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля стыковых сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №
1996628;Заявлено 14.12.88; Опубл.23.08.91 Бюл.№31.– 6 с.: ил.
А.с. 1767408 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Новиков В.А. Романов
(СССР).–№482948228; Заявлено 28.05.90; Опубл. 07.10.92; Бюл. №37.– 6 с.:
А.с. 1567964 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитного контроля
изделий В.А. Новиков (СССР).– №430174724–21; Заявлено 02.09.88; Опубл.
05.90 Бюл.№20.– 6 с.: ил.
А.с. 564583 СССР МКИ2 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений А.М. Шарова В.П. Куликов В.А. Новиков
(СССР).– № 212065528; Заявлено 02.04.75; Опубл. 05.07.77 Бюл.№25.– 8 с.:
А.с. 1677601 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля В.А. Новиков (СССР).–№ 4630527; Заявлено 02.01.89; Опубл.
09.91 Бюл.№34.– 8 с.: ил.
Козлов В.С. Физика магнитографической дефектоскопии.–Мн.: Наука и
техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии.–Мн.: Вышэйшая
школа 1976.–280 с.: ил.
А.с №433393 СССР МКИ2 G 01N2782 Намагничивающее устройство для
магнитной дефектоскопииБ.А.Алексеев (СССР)-№258109228; Заявлено
04.74; Опубл. 3.02.75 Бюл №23-8с:ил.
А.с. 2097758 РФ МКИ6 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей
Михайлов С.П.– № 9302689628; Заявлено 1993.05.07; Опубл. 1997.11.27 Бюл.№
А.с. 2160441 РФ МКИ7 G01 N 2785 G01 N 2782 G01 R 3324. Способ
неразрушающего контроля ферромагнитных материалов Беляев Б.А.; Лексиков
А.А.; Макиевский И.Я.; Овчинников С.Г.– № 9811913228; Заявлено 1998.10.21;
Опубл. 2000.12.10 Бюл.№ 232002. : ил.
А.с. 1506346 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля стыковых сварных соединений В.А. Новиков (СССР).–
№423026925–28; Заявлено 27.01.87; Опубл. 07.09.89 Бюл.№ 33.– 6 с.: ил.
А.с. 1534380 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий из ферромагнитных материалов В.А. Новиков Л.В.
Кублицкая Т.М. Киселева (СССР).– №441423425–28; Заявлено 25.04.88; Опубл.
01.90 Бюл.№1.– 6 с.: ил.
А.с. 418786 СССР МКИ2 G01 N 2782. Намагничивающее устройство для
магнитографической дефектоскопии А.М. Шарова Д.А. Роговин В.П. Куликов
(СССР).– №210990128; Заявлено 22.03 72; Опубл. 02.02.73 Бюл. №5.–8 с.:
А.с. 1672345 СССР МКИ3 G01 N2785 Способ магнитографического
контроля В. А. Новиков. №5619996628; заявлено 14.12.88; опубл. 23.08.91.
А.с. 1786418 СССР МКИ3 G01 N2785 Намагничивающее устройство для
магнитографической дефектоскопии В. А. Новикови В. А. Романов.
№486936528; заявлено 21.09.90; опубл. 07.01.93. Бюл. №1 3с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания
к курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 – “Приборы и методы
контроля качества и диагностики”. – Могилев 2008. – 28с.