Установка для магнитографического контроля сварных швов обечаек

Сборочный платы.dwg

Установка детали поз.
* Размеры для справокn2 Установку элементов производить по ОСТ4.ГО.010.030-81 nШаг координатной сетки 1.25 мм. Элементы VD1-VD2 nустанавливать по варианту III ZQ1-по варианту Vб)n3 Припой ПОС61 ГОСТ 21930-76n4 Обозначения элементов соответствует схемеn n5 ** Размеры обеспечиваются инструментом
Установка детали поз.nn (М 5:1)
* Размеры для справокn2 Установку элементов производить по nОСТ4.ГО.010.030-81 Шаг координатной сетки 1.25 мм. nЭлементы VD1-VD2 устанавливать по варианту IIInZQ1-по варианту Vбn3 Припой ПОС61 ГОСТ 21930-76n4 Обозначения элементов соответствует схемеn n5 ** Размеры обеспечиваются инструментом
n Счетчик дефектовn сборочный чертеж

Плата А1.dwg

Диаметр контактной площадкимм
Наличие метал- лизации
Маркировать краской ТНПФ ТУ 29-02-359-70
Минимальное расстояние между проводниками 0.25мм
Минимальная ширина проводников 0.5 мм
Плату изготовить химическим методом
Плата должна соответствовать ОСТ4.077.000
Шаг координатной сетки 1.25мм
Линии координатной сетки нанесены через одну
Плата счетчика дефектовnплата печатная
CтеклотекстолитnСФ-2-35-2 ГОСТ10316-78

1 Общая часть.rtf

Характеристика объекта контроля.
Постановка задачи проектирования.
Объектом контроля являются
продольные сварные швы обечаек
Рисунок 1 – Объект контроля
Диаметр обечайки 300 - 500мм толщина
стенки 3-4 мм длина 800-1000мм. материал
Сварной шов выполнен автоматической
сваркой под флюсом на охлаждаемой
водой медной подкладке в установке
Возможные дефекты - подрезы непровары
трещины величиной более 10% поры и
шлаковые включения – более 25 % от
толщины сварного металла.
В настоящей работе использован
магнитографический метод для контроля
сварных соединений обечаек.
Предпосылками его использования
являются невысокая стоимость
небольшая глубина залегания дефектов
от поверхности шва а также
благоприятная форма и хорошее
формирование шва при автоматической
сварке под слоем флюса.
2 Дефекты возникающие в сварных
Дефекты это каждое отдельное
несоответствие продукции требованиям
нормотивно - технической документации.
Дефекты сварки можно разделить на
наружные сквозные и внутренние. К
наружным и сквозным дефектам
Дефекты формы сварных швов - это
несоответствие конструктивных
элементов сварных швов указанным в
чертежах на изделие. Форма и размеры
швов зависят от толщины свариваемого
металла и способа сварки и задаются
техническими условиями и стандартами.
Швы могут иметь неравномерные ширину и
высоту по длине бугры седловины и пр.
Дефекты формы швов получаются
вследствие неправильной подготовки
кромок свариваемых изделий
неправильной сборки под сварку
(большие или неравномерные зазоры)
вследствие отступлений от заданной
технологии неисправности сварочного
оборудования низкой квалификации
Кратеры - углубления в конце шва
образующиеся при обрыве дуги. Основной
причиной возникновения кратеров в швах
является недостаточная квалификация
сварщиков. Кратеры уменьшают рабочее
сечение шва снижают его прочность и
коррозионную стойкость. Кратеры часто
служат очагами появления трещин
поэтому подлежат обязательной заварке.
Подрезы - углубления в основном
металле расположенные вдоль границ
сварного шва. Они образуются при сварке
с повышенной тепловой мощностью
источника тепла вследствие низкой
квалификации сварщика. Подрезы
уменьшают рабочее сечение шва
вызывают концентрацию напряжений и
являются недопустимыми дефектами
особенно в тех случаях когда сварные
соединения предназначены для работы в
условиях вибрационных и динамических
Прожог - сквозное проплавление
свариваемых элементов конструкции.
Причины образования прожогов:
чрезмерные зазоры между стыкуемыми
кромками свариваемых элементов
завышенная тепловая мощность
источника тепла низкая скорость
сварки неплотное прилегание
металлической подкладки или флюсовой
подушки и т. п. Прожоги являются
недопустимыми дефектами.
Наплывы и натеки - излишне наплавленный
металл около кромок сварного шва
наплывший или натекший на непрогретый
основной металл и неспла- вившийся с
ним. Наплывы образуются при смещении
электрода на одну из свариваемых
кромок при неправильно выбранном
режиме сварки.(малая скорость сварки
большая скорость плавления электрода и
т. п.) недостаточной квалификации
сварщика. Наплывы часто сопровождаются
более серьезными дефектами -
непроварами поэтому сварные швы
необходимо очищать от наплывов и
тщательно контролировать.
Поры - полости полусферической формы
диаметром до 2-3 мм образующиеся
вследствие перенасыщения газами
металла сварочной ванны. Причинами
образования пор являются загрязнение
кромок изделия влажность обмазок и
флюсов вредные примеси и влага в
защитных газах высокая скорость
сварки и т. п. Поры выходящие на
поверхность шва более опасны чем
внутренние так как создают в швах
концентрацию напряжений.
К сквозным дефектам относят дефекты
вида свищей прожогов трещин которые
проходят сквозь наплавленный металл
шва или основной металл. Наличие
сквозных дефектов обусловливает
потерю прочности и не герметичность
сварного соединения поэтому они
К внутренним дефектам сварки относятся
Газовые поры (пористость) - полости
размером до 2 - 3 мм (обычно сферической
формы) заполненные газами
образовавшимися вследствие
интенсивных реакций газообразования в
металле сварочной ванны и большой
скорости его затвердевания. При
охлаждении растворимость газов в
металле резко уменьшается и часть
газов стремится выйти на поверхность.
Газы встречая сопротивление
кристаллизующегося металла не могут
этого сделать и образуют в металле
сварного шва внутренние поры или
выходящие на поверхность свищи. Поры
уменьшают рабочее сечение шва снижают
прочность и плотность сварных
соединений но в малом количестве
являются допустимыми дефектами и
практически не влияют на
работоспособность сварных соединений.
Шлаковые и другие включения - небольшие
полости заполненные неметаллическими
веществами: шлаками окислами
частицами вольфрама.
Причинами образования шлаковых
включений являются большая скорость
охлаждения металла сварного шва
плохая очистка наплавленного металла
от шлака при многослойной сварке
загрязненность свариваемых кромок.
По форме шлаковые включения могут быть
сферическими игольчатыми плоскими
вытянутыми в виде пленки разделяющей
слои наплавленного металла. Вследствие
этого влияние шлаковых включений на
работоспособность сварных соединений
больше чем влияние пор тех же размеров.
При определенных условиях шлаковые
включения могут стать очагом
Окисные включения (пленки) могут
возникать при всех видах сварки
вследствие плохой очистки кромок и
недостаточной защиты металла
сварочной ванны от воздействия
окружающей среды. Влияние окисных
включений на свойства сварных
соединений более значительно чем
влияние шлаковых включений.
Непровары - это несплошности
значительных размеров на границах
между основным и наплавленным металлом
или незаполненные металлом полости в
сечении шва. Непровары образуются при
недостаточной тепловой мощности
источника питания чрезмерной скорости
сварки неправильной разделке кромок
неудовлетворительной очистке кромок
от ржавчины грязи масел вследствие
плохого удаления шлака при
многослойной сварке низкой
квалификации сварщика и т. п. Непровары
могут снизить работоспособность
сварного соединения за счет ослабления
рабочего сечения сварного шва и
создания концентрации напряжений в
шве. Непровар является одним из
наиболее опасных дефектов сварки
особенно для сварных соединений
работающих под воздействием
вибрационных и динамических нагрузок
и поэтому подлежит исправлению.
Несплавления (слипания) - несплошности
с очень маленькой шириной раскрытия
образующиеся на свариваемых
поверхностях. Несплавления являются
опасными дефектами плохо выявляются
современными средствами контроля.
Трещины - частичное местное разрушение
сварного соединения. В зависимости от
происхождения трещины могут быть
горячими и холодными.
Горячие трещины образуются в процессе
кристаллизации металла под действием
растягивающих сварочных напряжений
при резком снижении пластических
свойств металла в этом интервале
температур а также ряда других причин.
Холодные трещины образуются при
охлаждении металла в области низких
температур вследствие неоднородности
протекания структурных превращений
(например мартенситных) а также под
действием сварочных напряжений.
Холодные трещины могут образовываться
как при завершении охлаждения так и во
время вылеживания сварных конструкций
в течение некоторого времени.
В зависимости от размеров трещины
подразделяют на макротрещины имеющие
сравнительно большие размеры по
глубине протяженности и ширине
раскрытия и микротрещины которые
невозможно обнаружить невооруженным
глазом. В процессе эксплуатации
трещины могут развиваться вследствие
раскрытия сварочных микротрещин а
также зарождения разрушения металла в
местах концентрации напряжений
вызванных непроваром несплавлениями
газовыми порами шлаковыми
По расположению относительно оси шва
трещины могут быть продольными и
поперечными могут располагаться в
сварном шве в зоне термического
влияния и в свариваемом металле.
Трещины являются наиболее опасным и
недопустимым дефектом сварки и
подлежат обязательному исправлению.
3 Влияние дефектов на свойства сварных
Дефекты имеющиеся в исходном
материале а также возникшие в процессе
изготовления сварных соединений
ухудшают их свойства. Однако наличие
каких-либо дефектов в сварных
соединениях не всегда означает потерю
работоспособности этих соединений. Для
правильной отбраковки и оценки
качества сварных швов и соединений в
целом необходимо знать влияние
дефектов на свойства сварных
соединений т. е. иметь критерии оценки
Критериями при оценке качества сварных
соединений являются виды дефектов
размеры дефектов и расстояние между
ними количество дефектов на
определенной длине сварного шва
определяемые в соответствии с
условиями эксплуатации сварных
соединений.Опасность дефектов для
сварных соединений зависит от ряда
конструктивно-эксплуатационных
факторов и собственных характеристик
дефектов.К собственным
характеристикам дефектов относятся
форма дефектов ориентировка и
расположение дефектов в поле
напряженного состояния относительная
величина и относительная суммарная
площадь дефектов.Наиболее опасны
дефекты сильно вытянутые с острыми
краями (трещины непровары) менее
опасны дефекты округлой формы (поры
включения). Форма дефекта оказывает
особенно сильное влияние при
переменных нагрузках.Ориентация
дефекта существенно влияет на
прочностные свойства сварных
соединений. Наиболее опасны дефекты
ориентированные перпендикулярно
растягивающим напряжениям менее
опасны дефекты ориентированные
параллельно растягивающим
напряжениям.Расположение дефектов
важно учитывать для соединений с
конструктивными концентраторами
напряжений. При расположении дефекта в
зоне концентрации напряжений он может
оказывать большее влияние на свойства
соединения чем даже более опасный по
форме и ориентации дефект но
расположенный вне зоны концентрации
4 Выбор вида и метода контроля
При проведении контроля технического
состояния сложных систем и агрегатов
одной из актуальных является задача
объективного и своевременного
обнаружения дефектов различной
природы и организация контроля за
развитием дефектов из-за старения
элементов при эксплуатации.
Одним из путей предотвращения
нежелательных последствий от
эксплуатации изделий с дефектами
является систематическое
использование методов неразрушающего
контроля. Дефектом называется каждое
отдельное несоответствие продукции
требованиям нормативно-технической
документации. Однако в практике
применения средств неразрушающего
контроля нет полного соответствия
понятия “дефект” определению по
стандарту. Обычно под дефектом
понимают отклонение параметра от
требований проектно-конструкторской
документации выявленное средствами
неразрушающего контроля. В данном
объекте контроля дефекты
производственно-технологические
возникающие в процессе изготовления
Выбор метода неразрушающего контроля
должен быть основан помимо
предварительного знания о характере
дефекта на таких факторах как:
-условия работы изделия;
-форма и размеры объекта;
-физические свойства материала;
-условия контроля и наличие подходов к
проверяемому объекту;
-технические условия на изделия
содержащие количественные критерии
недопустимости дефектов и зачастую
нормирующие применение методов
контроля на конкретном изделии;
-чувствительность методов.
Достоверность результатов
определяется чувствительностью
методов неразрушающего контроля
выявляемостью и повторяемостью
Чувствительность метода контроля
является важной его характеристикой.
Специфические особенности каждого
вида неразрушающего контроля делают
необходимым проведение анализов всех
видов неразрушающего контроля для
качественного решения поставленных
задач. В основу классификации методов
неразрушающего контроля положены
физические процессы взаимодействия
физического поля или вещества с
объектом контроля. С точки зрения
физических явлений на которых они
основаны выделяют девять видов
неразрушающего контроля. Каждый из
видов контроля подразделяют по трем
-по характеру взаимодействия поля с
-по первичному информативному
параметру физического поля;
-по способу получения первичной
Проанализируем различные методы
неразрушающего контроля с точки зрения
возможности их применения для
обнаружения дефектов в сварных швах
обечаек. Так как обнаружению подлежат
не только поверхностные но и
внутренние дефекты то оптические
методы и методы контроля течеисканием
для этих целей не пригодны. Весьма
проблематично применение для
обнаружения дефектов в трубах тепловых
методов. Остановимся более подробно на
анализе акустических вихретоковых
радиационных и магнитных методов
Вихретоковый вид неразрушающего
контроля основан на анализе
взаимодействия электромагнитного поля
вихретокового преобразователя с
электромагнитным полем вихревых токов
наводимых в контролируемом объекте.
Его применяют только для контроля
изделий из электропроводящих
материалов. Вихретоковый вид позволяет
выявить поверхностные и
подповерхностные трещины глубиной
02 мм и протяженностью более 1мм.
расположенные на глубине до 1мм. На
чувствительность значительное влияние
оказывает зазор между
преобразователем и поверхностью
контролируемого изделия а также
взаимное расположение преобразователя
и изделия форма и размеры объекта
контроля. С увеличением зазора
чувствительность метода резко падает.
Существенно снижает чувствительность
метода к обнаружению дефектов и
структурная неоднородность зоны
Вихретоковые методы редко применяют
при контроле сварных швов так как
электропроводность отдельных зон шва и
около шовной зоны значительно
меняются что создает помехи при
выявлении дефектов сварного шва .
Радиационный вид неразрушающего
контроля основан на регистрации и
анализе проникающего ионизирующего
излучения после взаимодействия его с
контролируемым объектом.
Методы радиационной дефектоскопии
могут успешно применятся для
обнаружения несплошностей в
ответственных металлоконструкциях.
Наиболее чувствительны они по
отношению к объемным дефектам (поры
шлаковые включения). Однако
обнаружение узких трещин и стянутых
непроваров особенно ориентированных
под углом к лучу просвечивания при
этом не гарантируется. Кроме того
контроль радиационными методами имеет
низкую экономичность и невсегда
высокую производительность. Так по
данным ряда отраслевых НИИ затраты на
радиографический контроль одного
метра шва больше в 10 раз а время- в 13 раз
по сравнению с магнитографическим
Акустический вид неразрушающего
контроля основан на регистрации
параметров упругих волн возникающих
или возбуждаемых в объекте. К основным
преимуществам ультразвуковой
дефектоскопии относятся высокая
чувствительность мобильность
аппаратуры оперативность в получении
результатов низкая стоимость
контроля. Методы широко распространены
в промышленности для выявления
дефектов: трещин непроваров шлаковых
включений в сварных швах - при толщине
стенки изделия от 1 до 2800 мм. Основными
недостатками акустических методов
являются высокие требования к чистоте
обработки поверхности объекта
контроля трудность создания надежного
акустического контакта между
преобразователем и изделием имеющим
криволинейную поверхность
неудовлетворительная выявляемость
дефектов в поверхностном слое металла.
Последнее особенно важно при контроле
тонкостенных изделий так как в этом
случае могут быть пропущены дефекты
значительной величины (по отношению к
толщине стенки изделия) которые сильно
ослабляют контролируемое сечение .
При контроле обечаек ультразвуковой
контроль имеет более низкую
чувствительность к некоторым видам
дефектов и меньшую достоверность что
обусловлено малой толщиной стенки
Магнитные методы контроля основаны на
обнаружении магнитных полей рассеяния
возникающих при наличии различных
дефектов сплошности в намагниченных
изделиях из ферромагнитных материалов.
Поля рассеяния могут фиксироваться с
помощью различных индикаторов и
преобразователей: магнитного порошка
феррозонда индукционного
преобразователя и т.д.
Для надежного обнаружения дефектов в
изделиях магнитопорошковым методом
контролируемая поверхность должна
быть зачищена до шероховатости
значение которой определяется
требуемой чувствительностью метода.
При контроле сварных соединений и
ферромагнитных объектов с грубой
поверхностью достаточно широко
применяют магнитографический метод
контроля. В этом случае магнитные
потоки рассеяния обусловленные
дефектами сплошности металла
записываются на магнитную ленту затем
запись считывается на дефектоскопе. О
наличии дефектов судят по виду
сигналограммы на экране дефектоскопа.
Магнитографический метод контроля
имеет ряд достоинств: высокую
чувствительность (особенно к
поверхностным и подповерхностным
дефектам) высокую производительность
наличие документа свидетеля о
контроле низкие требования к чистоте
контролируемой поверхности .
Таким образом анализ неразрушающих
методов контроля показал что наиболее
приемлемым для обнаружения дефектов в
сварных швах обечаек является
магнитографический метод контроля
вследствие его высокой
5 Анализ литературных источников с
целью выбора способа контроля
В сварных соединениях 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 так как вектор
напряжённости внешнего поля будет
ориентирован перпендикулярно
направлению распространения дефектов
и их выявляемость поэтому будет
В данном изделии возможно появление
дефектов ориентированных как вдоль
так и поперёк шва и для их выявления
контроль необходимо проводить при
поперечном и при продольном
Известен способ использующий
продольное намагничивание [4] который
может быть применён при контроле
качества сварных швов из
низкоуглеродистых ферромагнитных
материалов. Целью изобретения (рисунок
) 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 2 – Намагничивающее устройство
для продольного намагничивания по
авторскому свидетельству [4].
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.
Так же 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 2). С целью
повышения чувствительности контроля
сварных швов высота проёмов выполнена
в пределах (05 – 10)h где h – высота
полюса электромагнита.
Обычно при продольном намагничивании
хорошо выявляются дефекты
ориентированные поперёк шва. Для
выявления дефектов ориентированных
вдоль шва применяют поперечное
намагничивание при этом сильно
сказывается размагничивающее
действие. Поэтому целесообразно
применять магнитные концентраторы.
Известен способ контроля [6]
заключающийся в том что П-образный
электромагнит с подмагничивающими
пластинами образуют рабочий зазор
(рисунок 3) перемещают по
контролируемой поверхности таким
образом что направление перемещения и
продольная ось зазора составляют
заданный угол (. Электромагнит
перемещают вдоль шва и ориентируют его
таким образом чтобы противолежащие
точки пластин образующих рабочий
зазор располагались на границе шва.
Пластины выполняющие роль магнитных
концентраторов позволяют увеличить
напряжённость поля в зоне шва в 4-5 раз.
Рисунок 3 – Устройство для поперечного
намагничивания с концентраторами.
Так же известен способ магнитного
контроля [7] который отличается от
вышеописанного [6] тем что с целью
повышения надёжности контроля сварных
стыковых соединений пластины со скосом
кромки располагают на расстоянии С+( от
поверхности изделия где С – высота
усиления шва а ( выбирается в пределах
В современных дефектоскопах от помех
обусловленных краями магнитной ленты и
валика шва 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.
Запуск селектора осуществляется
регулируемым управляющим импульсом
сформированным помехой обусловленной
одним из краёв валика шва. [3]
Подавляющее большинство дефектов
сплошности сварных соединений обечаек
( трещены несплавления цепочки пор
подрезы) ореентированы вдоль
Наиболее приемлемым для обнаружения
характерных дефектов сварных швов
обечаек является магнитографический
При магнитографическом методе
целесообразно производить раздельный
контроль сварных соединений на наличие
протяженных и локальных дефектов: в
первом случае сварной шов следует
направлении используя при
неблагоприятных размерах выпуклости
шва концентраторы магнитной индукции
во втором - в продольном направлении
считывая запись с ленты вдоль
направления ее остаточной
намагниченности. Для намагничивания
контролируемой зоны наиболее
рационально использовать цепочку
электромагнитов с толщинй полюса в 2-3
раза превышающей толщину стенки трубы.

2готов.doc

2 Разработка намагничивающего устройства
1 Анализ литературных источников с целью разработки оборудования
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 основным
недостатком являлось значительные потери (“растекание”) магнитного потока
вследствие малой площади контакта полюсов с поверхностью контролируемого
изделия что заметно ухудшало условия образования и выявления полей
В дальнейшем в практике магнитографического контроля нашли применение
следующие типы намагничивающих устройств: намагничивающие клещи
представляющие собой шарнирно раскрывающийся электромагнит состоящий из
двух стальных каркасов-полуколец на которых размещены обмотки.
Намагничивающие клещи предназначены для контроля стыков диаметром не
Намагничивающие вилки состоящие из стального магнитопровода и
рукоятки и предназначенные для контроля стыков труб небольших диаметров
Разъемные катушки применяемые для контроля качества изделий
небольшого диаметра. Они дают возможность намагничивать труднодоступные
участки объекта контроля причем намагничивание осуществляется по всему
периметру шва одновременно. Использование катушек возможно при наличии
двустороннего доступа к объекту так как при этом часть магнитного
потока создаваемого катушками замыкается по воздуху то эффективность
их применения падает.
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 одна или две 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 ПНУ 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 .
Для крепления колес к каркасу применяют также двойные оси которые
позволяют плавно регулировать величину зазора между полюсами
намагничивающего устройства и поверхностью изделия. При этом величину
зазора устанавливают минимальной .
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 . “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 (36 кг) .
Для повышения чувствительности контроля разработано намагничивающее
устройство включающее П-образный электромагнит и дополнительный
подмагничивающий электромагнит установленный в межполюсном пространстве
основного электромагнита .
С целью повышения чувствительности контроля предложено
намагничивающее устройство содержащее две намагничивающие катушки и блок
питания выполненный в виде импульсного генератора соединенного с
намагничивающими катушками причем оно снабжено двумя дополнительными
намагничивающими катушками расположенными в процессе контроля между
первыми катушками с двух сторон контролируемого шва а блок питания
снабжен вторым генератором сигнал с которого сдвинут по фазе
относительно сигнала первого генератора соединенного с дополнительными
С целью автоматизации и повышения точности магнитографического
контроля продольных сварных швов и труб или изделий цилиндрической формы
разработано устройство содержащее блок намагничивания размагничивающий
соленоид лентопротяжный механизм включающий привод с лентопротяжным
роликом на оси и оси подающей и приемной кассет блок прижима магнитной
ленты считывающий блок и счетчик дефектов. Для достижения цели
устройство снабжено приводным роликом идентичным лентопротяжному ролику
установленном на оси привода .
Таким образом анализ литературных источников показал что для
повышения чувствительности контроля сварных швов обечайки вследствие
уменьшения растекания магнитного потока целесообразно для намагничивания
ОК и производительности контроля применить цепочку электромагнитов.
2 Расчет намагничивающего устройства
2.1 Расчет оптимальной индукции в контролируемом сечении объекта
контроля. Для намагничивания объекта контроля используется цепочка
электромагнитов постоянного тока.
Вначале построим кривую намагничивания изделия В=f(H)
для стали 09Г2 по данным из [9] (рисунок 4). Используя данные этой кривой
по формуле (1) строим кривую (r=f(В) (рисунок 5)
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Расчёт оптимального режима сводится к отысканию максимального
приращения производной на падающей ветви данной кривой. Максимальное
приращение производной d(dB находится в месте перегиба кривой функции
(r(B) на её ниспадающей ветви (в этой точке d2(dB2=0). Простейший способ
найти d2(dB2 – заменить табличные значения функции (r=f(B)
соответствующим интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Рисунок 4 – Кривая намагничивания изделия.
Рисунок 5 – График зависимости (r(В).
Величина оптимальной магнитной индукции в изделии определяется по
где aср bср – усреднённые коэффициенты уравнения (1).
Чтобы определить значения aср и bср можно решить три системы типа
(4) подставляя значения ( и В с ниспадающей ветви графика ((В). Для
удобства увеличим этот участок графика и представим его на отдельном
рисунке. (рисунок 6).
Рисунок 6 – Участок кривой ((В).
Решение трёх систем составленных по рисунку 6 представлено в
По формуле ( ) Вопт=145 Тл. Расчётное значение Вопт ниже значения
полученного экспериментально на 10 – 20% поэтому
3 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства.
Расчёт выполнен по методике изложенной в [10]. Схема
намагничивающего устройства представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 – расчётная схема намагничивающего устройства.
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 8) и цель
расчёта – определить величину намагничивающей силы необходимой для
создания в изделии необходимой индукции.
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 7):
толщина изделия b=4мм; толщина полюсов выбирается в 2 – 3 раза больше
толщины изделия d=15 мм; расстояние между полюсами L=100мм; высоту полюса
возьмём равной h=100мм; ширину полюса выберем c=200 мм; суммарный зазор
(=1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что растекание магнитного
потока в изделии отсутствует.
Рисунок 8 – Схема магнитной цепи.
Из закона Кирхгофа следует:
где Hi(li – падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим падения магнитного напряжения в изделии Uи и в зазорах Uп:
где Hи и Ви взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 4).
Построим зависимость Uи(Фи) по формулам ( ) (рисунок 9).
Зависимость Uу(Фи) строится по формуле ( ).
где Н0 – напряжённость поля в зазоре; ( - толщина суммарного зазора
Нетрудно заметить что для построения прямой достаточно рассмотреть
одно значение Фи (рисунок 9).
Рисунок 9 – Графики зависимостей Uи(Фи) и Uy(Фи).
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения Ви H так же определяют по кривой намагничивания (рисунок 4).
Строим зависимость Uп(Фп) (рисунок 10).
Чтобы пересчитать Uп в зависимости от Фи запишем уравнение Кирхгофа
для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 8).
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходной
Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям Rи+Rу и RF то:
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами
Рисунок 10 – Зависимость магнитного напряжения в сердечнике от потока
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из ( ) и ( ) получаем:
где RF получаем из формул ( ) и ( ).
где Ви и Ни соответствуют
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости Uи(Фи) после пересчёта по формулам
Рисунок 11 – График зависимости Uп(Фи).
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 12)
Рисунок 12 – График зависимости U((Фи).
Зная сечение изделия строят аналогичный график U((Ви) где Ви=ФиSи
Рисунок 13 – График зависимости U((Ви).
По графику U((Ви) (рисунок 13) зная оптимальное значение магнитной
индукции Вопт=160 Тл находим U1=3000 А.
Необходимо рассчитать ток I текущий в намагничивающем устройстве
для этого надо найти количество витков W1 по следующей формуле:
где S – площадь окна занимая обмоткой (приблизительно 80% всей
площади окна); Кз – коэффициент заполнения (Кз=04); диаметр провода
Найдём S по следующей формуле:
Подставляя S в формулу ( ) получаем количество витков W1=1356.
Подставляем U и W в формулу ( ) получаем:
Для сварных швов с усилением расчётный ток рекомендуется увеличивать
Полученное значение тока проверяется на допускаемую плотность тока:
j=I1S1=I1((d124)=275 Амм2.
Плотность тока должна быть j12 Амм2 что как видно из формулы (
) соответствует требованию.
Определим электрическое сопротивление обмотки:
сопротивление меди ((=17(10-8 Ом(м).
Средняя длина витка находится как среднее арифметическое длины
первого и последнего витка.
Подставляя в формулу ( ) получаем R=7845 Ом. Мощность
намагничивающего устройства определяется по формуле:
Все расчетные значения рассчитаны с помощью программы ЕМК .
3 Разработка устройств и описание принципа их действия
3.1 Разработка установки для поперечного намагничивания
объекта контроля. Установка состоит из основания 10 к которому крепится
стойка 11 где и крепится намагничивающее устройство состоящее из пяти
паралельно включенных электромагнитов ориентированных вдоль оси
контролируемого шва. На основании размещены магнитографический
дефектоскоп МДУ-2У 28 правый и левый узлы подмотки лентопротяжного
механизма состоящий из приемной кассеты 4 расходной кассеты 5
электродвигателя 4А71В8У3 27 червячного редуктора 6 и двух направляющих
прижимного и тянущего роликов.
Также на основании закреплены гидроцилиндры 1 и роликовые опоры 3.
Лентопротяжный механизм включает левый и правый узлы подмотки ленты
которые обеспечивают ее перемотку и создают необходимое натяжение ее в
Установка работает следующим образом:
Обечайка подается на позицию контроля. Производится внешний осмотр
шва. Поворотом обечайки контролируемый шов устанавливается в нижнем
положении напротив ленты. Лента с помощью направляющих роликов
располагается между полюсами электромагнитов и протянута через
считывающий блок дефектоскопа.
После установки обечайки роликовая опора с помощью гидроцилиндров
опускается что обеспечивает приближение обечайки к полюсам
намагничивающего устройства. Магнитная лента плотно прижимается к
поверхности шва. Затем включается источник питания и происходит
намагничивание контролируемого шва. После намагничивания с помощью
гидроцилиндров обечайка приподнимается над полюсами намагничивающего
устройства. Затем включается лентопротяжное устройство дефектоскопа
которое протягивает ленту с постоянной скоростью. Происходит считывание
магнитной записи. При обнаружении сигнала от недопустимого дефекта
определяют его координаты и отмечают дефектное место на объекте.
Качественные и дефектные обечайки направляют по разным технологическим
3.2 Разработка установки для продольного намагничивания объекта
контроля. Установка состоит из основания 4 к которому крепятся стойки 5
а также две направляющие рейки по которым в проведении контроля
перемещается в ручную оператором электромагнит 1. К устройству по
средством болтов крепится левый узел подмотки лентопротяжного механизма
состоящий из расходной кассеты 2 а также крепятся направляющие ролики
для придания правильного направления перемещения магнитной ленте 15. На
стойках закреплены также малая и большая опоры предназначенные для
установки обечайки на позицию контроля.
Устройство содержит технологические пластины для повышения
чувствительности контроля начального и конечного участков шва.
Правую и левую рейку устройства поднимают так чтобы они заняли
верхнее положение. Обечайка подается на большую и малую опоры. Поворотом
обечайки производится внешний осмотр шва. Контролируемый шов
устанавливается в нижнем положении напротив ленты. Лента с помощью
направляющих роликов располагается между полюсами электромагнита и
протянута через считывающий блок дефектоскопа.
После установки обечайки опускают правую и левую рейки до упора
обеспечивая при этом плотное прижатие ленты к сварному шву. Затем
включается источник питания и плавным движением электромагнита по
направляющим рейкам происходит намагничивание контролируемого шва. После
этого поднимают большую и малую рейки в крайнем верхнем положении.
Включается лентопротяжное устройство дефектоскопа которое
протягивает ленту с постоянной скоростью. Происходит считывание магнитной
записи. При обнаружении сигнала от недопустимого дефекта определяют его
координаты и отмечают дефектное место на объекте. Качественные и
дефектные обечайки направляют по разным технологическим потокам.
На основании результатов расчета установлено что оптимальное
значение индукции в контролируемом сечении шва составляет 16 Тл.
На основании результатов расчета и рекомендаций литературы
определены параметры электромагнита намагничивающего устройства сечение
полюса 200х100мм диаметр провода 15 мм число витков обмоточного
провода составляет 1356 величина тока в катушке равна 2.21 А.

5 метрология.doc

5 Метрологическое обеспечение 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 каждого диаметра
толщины стенки и марки стали многослойных труб качество которых подлежит
контролю магнитографическим методом. Если на данном объекте контроля
применяются трубы различной поставки но из стали с одинаковыми или
близкими структурами химического состава и магнитного свойства то
изготавливается один общий испытательный образец для многослойных труб из
этих сталей с одинаковой толщиной стенки.
Глубину искусственных дефектов выбирают равной минимальному
браковочному уровню для заданной толщины стенки трубы 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 обечаек.
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.
При использовании одного и того же магнитографического дефектоскопа с
несколькими намагничивающими устройствами то при помощи каждого устройства
записывают контрольную магнитограмму по каждой из них 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 не допустимым. Настройку чувствительности
магнитографического дефектоскопа следует проводить перед каждым началом

3 електро.DOC

3 Разработка устройства индикации и подсчета дефектов
1 Разработка электрической принципиальной схемы устройства
При реализации электрической принципиальной схемы необходимо сделать
выбор соответствующих радиоэлементов. Однако это необходимо делать с
учетом функциональных особенностей разрабатываемого электронного блока.
Необходимо учитывать климатические условия работы напряжение питания
мощность потребления массогабаритные показатели стоимость.
В данном разделе мы разработаем плату для индикации и подсчета дефектов
при контроле на магнитографическом дефектоскопе МД-12 . Устройство
предназначено для сигнализации контролеру о наличии дефекта в сварном шве
а именно о наличии подобного сигнала на магнитной ленте и для регистрации
количества дефектов в ОК. В дальнейшем это устройство может пригодиться для
автоматизации расшифровки магнитных лент.
Работа устройства происходит следующим образом : сигнал идущий с
магнитной головки поступает на два предварительных усилителя построенных
на операционных усилителях К140У17А после чего сигнал попадает на
компаратор К554СА3 где происходит его сравнение с уже установленным
проходным допустимым уровнем сигнала. В зависимости от этого сравнения
далее с компаратора поступает сигнал свидетельствующий о наличии дефекта.
Сигнал поступает на двоично-десятичный счетчик К176ИЕ4 снабженный
внутренним дешифратором для вывода информации на семисегментный диодный
индикатор АЛС324Б. Электрическая принципиальная схема представлена на
При разработке электрической принципиальной схемы были использованы
Резисторы ГОСТ-7113-77:
R1 R3 МЛТ-0125-1KОм(10%;
R2 МЛТ-0125-10кОм(10%;
R4 МЛТ- 0125-100кОм(10%;
R5 МЛТ-0125-5.1кОм(10%;
R7 МЛТ-025-1.5кОм(10%;
Рисунок 2.1-Изображение резисторов МЛТ-0125
Микросхема К554CА3 представляет компаратор . Микросхема позволяет
сравнивать аналоговые сигналы
Рисунок 2.2 - Условное графическое обозначение К554CА3
Назначение выводов (задействованых нами) микросхемы К554СА3 следующие
– выход компаратора;
Операционный усилитель К140УД17А используется для предварительного
усиления сигнала с расчетным коэффициентом усиления.
Рисунок 3.3 - Условное графическое обозначение К554CА3
Назначение выводов (задействованых нами) микросхемы К140УД17А
- неинвертирующий вход;
- инвертирующий вход;
Микросхема К176ИЕ4 представляет собой двоично-десятичный счетчик
импульсов подаваемых на его вход со встроенным дешифратором который
позволят выводить данные на индикатор 29 .
Рисунок 3.4 – Условное графическое изображение К176ИЕ4
Назначение выводов микросхемы К176ИЕ4 следующие :
T- вход счетчика для подачи импульсов;
a-g - выходы счетчика;
Микросхема АЛС324(Б) представляет собой восьмисегментный диодный
индикатор и предназначена для отображения информации30.
Рисунок 3.5 - Условное графическое изображение АЛС324Б
Назначение выводов микросхемы АЛС324Б следующие :
a-f – выходы подключаемые к дешифратору.
2 Разработка печатной платы устройства
При конструировании печатных плат используются четыре главных
критерия выбора: габаритный критерий критерий плотности рисунка и
толщины проводящего слоя критерий числа слоев критерий материала
Габаритный критерий тесно связан с той плотностью с какой может
быть выполнен рисунок. По ГОСТ 23751-79 установлены три класса плотности
рисунка. Шириной печатного проводника (или сокращенно шириной
проводника) называют поперечный размер проводника на любом участке в
плоскости основания (неровности края во внимание не принимаются).
Расстоянием между проводниками s называют расстояние между краями
соседних проводников на одном слое печатной платы (ПП).
Разрешающей способностью рисунка R называют число полос (линий)
равной ширины укладывающееся на 1 мм при шаге укладки равном двойной
ширине полосы. В рисунке ПП за линию принимают проводник. Разрешающая
способность рисунка ПП R=1(t +s ) где t -минимальная ширина проводника
допускаемая в узостях рисунка мм; s -минимальное расстояние между
проводниками допускаемое в узостях рисунка мм.
Выбранный класс плотности рисунка должен быть проверен по норме
допустимых рабочих напряжений для проводников лежащих в одной плоскости
а также по плотности тока ( из расчета предельной допустимой плотности
тока в печатном проводнике 20 Амм ) и по допустимым потерям на постоянном
Плотность тока и потери зависят от толщины проводящего слоя
которая регламентирована тремя значениями: 10 20 и 35 мкм. Так как
потери не существенны для работы электрической схемы то предпочтем толщину
мкм для повышения точности и для экономии меди.
По числу слоев различают односторонние двусторонние и многослойные
платы. Печатная плата разведена с помощью программы PCAD . В результате
чего получилась двусторонняя плата.
Выбор толщины и материала основания оказывает основное влияние на
свойства ПП: жесткость собственную емкость теплопроводность. Установлен
размерный ряд значений толщины оснований ПП - как гибких так и жестких:
- 15 - 20 - 30 (мм )
Для нашей платы мы применим основание толщиной 1.5 мм которая
допускает получение металлизированных отверстий в основании соответственно
2 мм и 048 мм. Для оснований применим изоляционный материал типа
Критерием наилучшего решения при разводе платы служит правило двух
минимумов: при топологическом конструировании ПП должен быть достигнут
минимум пересечений и минимум длины связей. Минимум пересечений означает и
минимум переходных отверстий. Это требование обычно имеет приоритет так
как обеспечивает технологичность по минимуму числа слоев и создает важные
предпосылки для безотказности.
Минимум длины связей означает максимум связей между соседними
элементами и имеет значение для электрических схем в зависимости от
быстродействия и частотного диапазона. Правилом двух минимумов следует
руководствоваться при топологическом конструировании ПП.
Рабочая площадь ПП или зона расположения посадочных мест на ПП равна
общей площади ПП за вычетом площади краевого поля - свободной полосы
вдоль периметра ПП предусматриваемой для технологических целей не
занимаемой рисунком и навесными элементами. Ширина краевого поля есть
расстояние от края ПП до края первого ряда посадочных мест. Краевое поле
определяется тремя координатами: х = 5 мм - ширина краевого поля по оси Х
(одинакова с левой и с правой стороны ПП); y = 125 мм. - ширина краевого
поля для соединителя по оси Y.
В программе PCAD был выбран шаг координатной сетки равный 1.5 мм.
Шагом координатной сетки называется расстояние между соседними линиями
сетки а узлом - точка пересечения линий.
Навесные элементы имеют планарные (ленточные прямоугольного сечения)
выводы или проволочные (штыревые) выводы из круглой проволоки диаметром
; 04 и 06 мм под которые должны быть предусмотрены металлизированные
отверстия. Диаметр отверстия выбирают из расчета получения зазора между
выводом и стенкой отверстия 01 мм необходимого для капиллярного
проникновения припоя во время пайки которое повышает прочность
3 Определение коэффициента заполнения ПП
Коэффициент заполнения ПП определяется по следующей формуле:
K= ΣSП(S-Sпол)=1573(4675-1075)=044
где ΣSП -сумма посадочных мест (ΣSП=6825+2075+105+238+165+75=1573) ;
S-площадь ПП (S=55*85=4675) ;
Sпол-плошадь полей (Sпол=850+225=1075).
Печатная плата данного устройства и его сборочный чертеж приведены
соответственно на чертежах

Печатная плата.dwg

ГОСТ 2.104-68 Форма 1
Установка детали поз.78
Плату изготовить химическим методомn2 Плата должна соответствовать ОСТ4.077.000n3 Шаг координатной сетки 1.25ммn4 Линии координатной сетки нанесены через одну
СФ-2-35-2 ГОСТ10316-78
Т.06.01.41.1.02.00.001
Диаметр контактной площадкимм
Наличие метал- лизации
Установка детали поз.
Установка детали поз.nn (М 5:1)
Т.06.01.41.1.05.00.000СБ
Т.06.01.41.1.01.00.001СБ
ширина проводников 0.5 мм
Минимальное расстояние
между проводниками 0.25 мм
ТНПФ ТУ 29-02-359-70
* Размеры для справокn2 Установку элементов производить по ОСТ4.ГО.010.030-81n Шаг координатной сетки 1.25 мм. Элементы n устанавливать по варианту III ZQ1-по варианту Vб)n3 Припой ПОС61 ГОСТ 21930-76n4 Обозначения элементов соответствует схемеn Т06.01.41.5.00.00.000Э3n5 ** Размеры обеспечиваются инструментом
Т.06.01.41.1.05.00.001

6 ЭКОНОМИКА.doc

6 Экономическое обоснование разработки устройства для
магнитографического контроля
1 Внедрение в производство установки для магнитографического
контроля и проведение научно-исследовательской работы
Внедрение установки для магнитографического контроля в производство
предусматривает выполнение следующих этапов:
- подготовка конструкторско-технологической документации;
- сборка намагничивающего устройства по чертежам;
- сборка и монтаж элементов на печатных платах;
- подключение основных узлов установки;
- сборка комплекса в целом;
- организация места контроля;
- монтаж установки в цеху;
- поверка намагничивающего устройства входящего в состав установки;
- ознакомление обслуживающего персонала с технической документацией и
методиками контроля;
- обучение персонала с безопасными методами работы;
- квалификационный экзамен по работе с установкой;
- организация технического обслуживания и ремонта в случае
обнаружения неисправности.
В данном дипломном проекте частично выполнен первый этап внедрения
установки в производство - подготовка конструкторско-технической
Научно-исследовательская работа (НИР) является начальным этапом
комплекса работ по созданию освоению и внедрению новой техники. НИР
проводят методами научного исследования с целью получения обоснованных
исходных данных для разработки технического задания на новую продукцию и
выявления наиболее эффективных решений для использования их в процессе
проведения опытно-технических работ.
На основании проведения теоретической НИР предлагается внедрение в
средства установки неразрушающего контроля для магнитографического
контроля. НИР выполнялась в соответствии с ГОСТ 15-101-80. Согласно данному
ГОСТу исходным обязательным документом который определяет цель и порядок
проведения работ является техническое задание.
Далее следует этап "Выбор направления исследования" который
выполняется с целью систематизированного анализа исследуемого вопроса и
выполнения на его основе направления исследования. Этот этап включает
- сбор и изучение научно-технической литературы;
- составление аналитического анализа;
- формирование возможных направлений решения задач и их сравнительная
- выбор и обоснование принятого направления исследований и способов
- сопоставление ожидаемых показателей новой продукции с существующими
показателями аналогов(
- оценка ориентировочной экономической эффективности от внедрения
новой продукции с ожидаемыми показателями по результатам НИР.
Все выше перечисленные пункты были проведены в процессе НИР. После
выбора направления исследований проводился этап "Теоретические и
экспериментальные исследования" с целью необходимых теоретических
обоснований предлагаемого решения по объекту исследования. В данном проекте
проводились только теоретические исследования которые включают следующие
- построение модели объекта;
- выявление необходимости проведения экспериментов для подтверждения
конкретных значений необходимых для проведения расчетов;
- проведение теоретических экспериментов.
Последним этапом проведения НИР является "Обобщение и оценка
результатов исследований" на котором составляется отчет НИР. Согласно ГОСТ
отчет содержит обобщение результатов предыдущих этапов работ оценку
полноты решения задач разработку рекомендаций по исследованию результатов
2 Общая постановка задачи экономического обоснования
В данном дипломном проекте разработана установка для
магнитографического контроля. Объектом контроля является обечайка из стали
Г2 общего назначения с наружным диаметром (Дн = 500 мм) толщиной стенки
(Sт=4мм) и длиной (1 = 1 м).
Контроль обечаек осуществляется следующим образом: оператор выбирает
методику контроля величины недопустимых дефектов и запускает установку в
работу. После окончания контроля делается вывод о годности детали
прошедшей контроль. В данном дипломном проекте представлен расчет
трудоёмкости единовременных затрат текущих издержек годовых потерь от
погрешностей контроля и экономическая эффективность проекта.
Для обоснования целесообразности принятия в дипломном проекте
технических решений магнитографического контроля (МГК) внутреннего сварного
шва многослойных труб на стадии изготовления используется методика
сравнения с другим методом контроля такого же объекта а базу сравнения
примем контроль данного объекта рентгенографическим методом (РГК). Схема
разработки дефектного участка сварного шва трубы – ремонт.
Предельно допустимая ширина дефектов для труб общего назначения:
Среднеквадратическое отклонение величины дефектного участка
технологического процесса на стадии изготовления:
(тех 0015*4 = 006 мм.
Нормы оперативного времени рассчитываются по операциям в разрезе
методов контроля на стадии монтажа (таблица 1). В связи с заданной толщиной
стенки магнитографический метод контроля (МГК) и рентгенографический метод
Таблица 6.1 - Нормы оперативного времени для контроля объекта при
изготовлении труб по методам неразрушающего контроля tоп час.
Наименование МГК РГК
Механическая tоп = 007*L = 007*1= -
Контроль шва tоп = 00095*4+02=0238 tоп=(005*St+025)*L
=(0.05*4+0.25)*1=0.45
Проявление пленок- 0.1
Технико-экономическая характеристика представлена в таблице 6.2.
Таблица 6.2 - Характеристика оборудования используемого при контроле
Наименование ЦенадоПотребляемая ГабаритнаяСрок Толщина Погрешп
оборудования лл. мощность площадь службы изделия рибор
(W)кВт. (Sт)м2 (tсл)г(Sт)мм (Zg)мм
Зачистная машина 1200 3 1.2 9 - -
Магнитографический 2800 2.5 18 6 St(20 0.001(S
Рентгенографический.2760 26 14 9 Sт(50 0035(S
Фотооборудование 1250 01 1.2 10 - -
Норма расхода материалов за минусом возвратных отходов рассчитывается
для МГК и РГК на стадии изготовления на один сварной шов.
Рассчитаем норма расхода материалов для МГК и РГК соответственно:
Нм = 016(1 = 0.16долл.
Нм = 1.77(1 = 1.77 долл.
Цена одного метра труб определяется на стадии изготовления для труб
Цт = 00043((Дн-Sт) Sт
Цт = 00043((500-4)(4 =853 долл.
Себестоимость сварки одного метра труб определяется на стадии
изготовления для труб общего назначения :
Сс = 001*4 = 004 долл.
Себестоимость рассверливания одного метра дефектного участка шва на
стадии монтажа определяется следующим образом:
Ср = 004*4 = 016 долл.
Длина рассверливаемого дефектного участка шва Lр принимается равным
3 Расчет годовой трудоемкости контроля
Производительность контроля зависит от объекта контроля и характера
регламента его поступления на рабочее место контролера технологии и
методики контроля средств измерения и контроля а также формы организации
Потребное время (такт) поступления одного объекта на контроль:
где Fd - годовой действительный фонд работы рабочего места
контролера. При 41 часовой недели и сменности работы равной 1 Fd укрупнено
принимается равным 8000 час;
Кз - коэффициент запаса учитывающий неравномерность поступления
объекта контроля. Для серийного производства Кз = 09;
Аг - годовая программа выпуска объектов контроля Аг = 3000 шт.;
ак - количество точек контроля в объекте контроля принимаем равным
dк - коэффициент выборочности контроля принимаем равным 1.
Продолжительность самого процесса контроля определяется исходя из
расчета штучно-калькулятивного временичас:
tк = tпз+tо+tв+tоб+tотл
где tпз - подготовительно-заключительное время час;
tо - основное время час;
tв - не перекрываемое вспомогательное время час;
tоб - время на обслуживание рабочего места час;
tотл - время на отдых и личные надобности час.
Подготовительно-заключительное время связано с настройкой средств
измерения и контроля на заданный режим или параметры объекта контроля. В
связи с тем что используемые приборы не нуждаются в настойке перед каждой
операцией tпз принимаем равным нулю.
где tоп – оперативное время час.
Время на обслуживание отдых и личные надобности устанавливаются по
нормативам в процентах от оперативного времени в расчетах принимаем равным
Таблица6.3 – Трудоемкость контроля многослойных труб tк
Наименование операции МГК РГК
Механическая зачистка шва 007*113 = 008. -
Контроль шва час 0238*113 = 0269 045*113 =0508
Проявление пленок час - 01*113 = 0113
Итого tк час 0349 0621
4 Расчет единовременных затрат
Единовременные затраты рассчитываются по элементам:
К = Ко+Кос+Кзд+Кск+Кпр
где Ко – затраты в оборудование долл.;
Кос – затраты в оборотные средства на поддержание запасов долл.;
Кзд – затраты в здания и сооружения долл.;
Кск – затраты в социально-культурную сферу долл.;
Кпр – затраты на исследование проектирование и освоение долл.
Рассчитаем затраты в оборудование:
Ко = (Nпi*Цi*(1+ат+ам)*Кзi
ат ам - коэффициенты учитывающие транспортно-заготовительные
расходы затраты на монтаж и отладку оборудования ат = 0.1; ам0 = 0.13);
Кзi -коэффициент учитывающий занятость средств контроля если не
контролируются и другие объекты. принимаем равным 1.
Количество средств контроля по операциям принимается на основании
расчетного округлением до ближайшего целого в большую сторону:
Таблица 6.4 – Выбор количество средств контроля
Операция Расчетное Принятое расчетное Принятое
значение Nп значение Nпзначение Nп значение
Зачистка шва 00824=0003 1 - -
Контроль шва 026924= 1 050824 = 1
Проявление пленок - - 011324=0047 2
Затраты в оборудование для МГК и РГК соответственно равны:
Ко =(1200*1+1*2800)*(1+005+01)*1=4600 долл.
Ко = (2760*1+2*1250)*(1+005+01)*1 = 6050долл.
Единовременные затраты в оборотные средства принимаются по нормативу
на контроль и объектов контроля:
Кос = (Zmi*Цmi*(1+ат)
ат - коэффициент учитывающий транспортно-заготовительные расходы
Запас материала i-го вида исчисляется по формуле:
Zmi = 05*Нmi*Lp*Аг*Кп*(1+Кс)
где Нmi - норма расхода материала i-го вида на 1 объект контроля
Lp - длина рассверливаемого дефектного участка (Lр = 0.025 м);
Аг - годовая программа выпуска шт.;
Кпi - коэффициент учитывающий периодичность поставки материала в
Кс - коэффициент учитывающий страховой запас (Кс = 0.05).
Средний запас материала рассчитывается отдельно для МГК и РГК:
Zmi =05*016*0025*3000*015*(1+005)=095
Zmi =05*177*0025*3000*015*(1+005)=105
Принимая во внимание что сменность поставки работа контролеров и
поступление объектов контроля совпадают задел объектов контроля не
рассчитывается. Тогда затраты в оборотные средства для МГК иРГК
соответственно будут равны:
Кос = 095*853*(1+0.05) = 850 долл.
Кос= 105*853*(1+0.05) = 4900.59 долл.
Затраты в здания определяются по формуле:
Кзд = (Sрм+Sск+Sб)*Цзд
где Sрм - площадь здания с проходами занимаемая рабочими местами
Sск- площадь под складирование материалов м2;
Sб- площадь здания под служебно-бытовые помещения м2;
Цзд- цена 1 м2 здания долл.(удельная стоимость 1 м2
производственной площади с оборудованием нормальной и повышенной точности
принимаем равной 180 долл. служебно-бытовой – 200 долл.).
Площадь здания с проходами рассчитывается от габаритов оборудования с
зоной обслуживания для каждого метода контроля. Для МГК Sрм рассчитывается
где Sт - габаритная площадь оборудования м2 (таблица 2);
Чп – количество занятых рабочих чел.(принимается равным количеству
оборудования на каждой операции);
Кд - коэффициент учитывающий дополнительную производственную
площадь м2 (выбирается для площади рабочего места = 2 м2 и составляет
рассчитаем площадь здания под оборудование в МГК и РГК
Sрм = 1.2*3.5+1.8*1*3.5 = 10.5
Sрм = (1.4*9)*2.5 = 31.5 м2
Площадь под складирование материалов рассчитывается только для РГК
для хранения фотооборудования:
Sск = Sт*Nп *Кд = 1.2*2*3.5 = 8.4
Площадь здания под служебно-бытовые помещения рассчитывается отдельно
для каждого метода контроля (принимается на 1 рабочего 7 м2):
Sб = (Чпi*Sлич*Ксм+(Чпi*Sдуш
где Ксм - сменность работы;
Sлич - площадь на личные нужды для каждого рабочего м2;
Sдуш - площадь на санитарно-гигиенические нужды (для каждого
Площадь здания под служебно-бытовые помещения равна для МГК и РГК
соответственно равна:
Sб= (1+1)*4*4+(1+1)*4 = 40 м2
Sб = (1+2)*4*4+(2+1)*4 = 60м2
Тогда затраты в здания для МГК и РГК соответственно будут равны:
Кзд = 105*180+40*200 =9890 долл.
Кзд = = (315+84)*180+60*200 = 19182 долл.
Затраты в социально-культурную сферу для каждого метода контроля
рассчитываются по формуле:
где Ксм – сменность работы (по заданию Ксм = 4);
Цcк – стоимость (на 1 рабочего = 6000 долл.).
Затраты в социально-культурную сферу для МГК и РГК соответственно
Кск = (1+1)*4*6000 = 48000 долл.
Кск =(2+1)*4*6000 = 72000 долл.
Затраты на исследование проектирование и освоение равны:
где Тпр – трудоемкость исследования проектирования и освоения
принимаем равным 3 месяца;
Цпр – стоимость месяца работы проектировщика исследователя
рассчитывается по следующей формуле:
где Зт - месячная тарифная тарифная ставка первого разряда
(составляет 23200 руб. или 12 долл.США по курсу НБРБ на20.5.2003 1=2000р);
Котр - коэффициент отраслевой принадлежности (Ко = 1.2);
Кт - тарифный коэффициент;
Кн - коэффициент начислений (коэффициент начислений учитывающий
премии = 15; дополнительную заработную плату = 1.1; соцстрах = 1.35).
Для операции проектирования исследования и освоения МГК Кт = 3.04
(ведущий специалист 13 разряда); для операции проектирования исследования
и освоения РГК Кт = 3.25(ведущий специалист 14 разряда).
Для проектировщика МГК и РГК заработная плата составляет:
Цпр = 12*1.2*3.04*1.5*1.1*1.35 =975 долл.
Цпр = 12*1.2*3.25*1.5*1.1*1.35 =1043долл.
Затраты на исследование проектирование и освоение для МГК и РГК
Кпр = 3*975= 2925 долл.
Кпр = 3*1043 = 3129 долл.
Результаты расчетов по элементам единовременных затрат сводим в
Таблица 6.5 - Результаты расчетов по элементам единовременных затрат
Наименование элементов единовременных МГК РГК
Затраты в оборудование 4600 6050
Затраты в оборотные средства 85 9404
Затраты в здания и сооружения 9890 19182
Затраты в социально-культурную сферу 48000 72000
Затраты на исследование проектирование и292 313
Итого К долл.США 62790 97639
5 Расчет текущих издержек
Годовые текущие издержки на контроль рассчитываются по следующим
И = Им+Изп+Иэ+Иро+Ирз+Иу (6.21)
где Им - затраты на материалы за вычетом стоимости реализуемых
Изп - затраты на заработную плату с начислениями долл.;
Иэ - затраты на электроэнергию долл.;
Иро - затраты на ремонт и содержание оборудования долл.;
Ирз - затраты на ремонт и содержание зданий долл.;
Иу - затраты на управление долл.
Затраты на материалы за вычетом стоимости реализуемых отходов
где Нм - норма расхода материалов на контроль за минусом возвратных
отходов на стадии монтажа на один кольцевой стык;
Аг - годовая программа выпуска объектов контроля шт.
рассчитаем затраты на материалы для МГК и РГК:
Им = 016*11*3000 =528 долл.
Им = 177*11*3000= 5841 долл.
Затраты на заработную плату с начислениями рассчитываются отдельно
для каждой операции по формуле:
Изп = tк*Зт*Котр*Кт*Кн*Квр*АгFм
где tк - трудоемкость контроля час;
Зт - месячная тарифная тарифная ставка первого разряда (составляет
200 руб. или 12долл.США по курсу НБРБ на20.5.2003 1=2000р);
Квр- коэффициент вредности
Fм - месячный фонд рабочего времени при 40 часовой рабочей неделе
Для операции механической зачистки шва Кт = 1.35(рабочие 3 разряда)
для операции МГК Кт = 1.73 (рабочие 5 разряда) для операции РГК Кт =
9(рабочие 6 разряда) для операции по проявлению пленок Кт = 1.35(рабочие
Для операции механической зачистки шва затраты на заработную плату
Изп = 008*12*1.2*1.35*1.5*1.1*1.35*1*3000168.3 =617долл.
Для операции МГК затраты на заработную плату составляют:
Изп = 0269*12*1.2*1.73*1.5*1.1*1.35*1*3000168.3 = 266 долл.
Для операции РГК затраты на заработную плату составляют:
Изп = 0508*12*1.2*1.9*1.5*1.1*1.35*1.08*3000168.3 = 596 долл.
Для операции по проявлению пленок затраты на заработную плату
Изп = 0113*12*1.2*1.35*1.5*1.1*1.35*1*3000168.3 =87 долл.
Численные данные расчета затрат на заработную плату приведены в
Таблица 6.6 – Затраты на заработную плату
Механическая зачистка шва617
Контроль шва 266 596
Проявление пленок 87
Итого Изп долл.США 883 683
Затраты на электроэнергию рассчитываются для каждой операции по
Иэ = W*tк*Кw*Кt*Кп*Цэ*Аг(
где W - потребляемая мощность кВт;
Nп - количество средств контроля шт.;
tк - трудоемкость контроля;
Кw-коэффициент учитывающий использование по мощности (Кw =
Кt - коэффициент учитывающий использование во времени (Кt =
Кп - коэффициент учитывающий потери в заводской сети (Кп =
Цэ - стоимость 1 кВт электроэнергии (Цэ = 0.045долл.);
( - коэффициент полезного действия электроустановки (( = 0.9).
Для операции механической зачистки шва затраты на электроэнергию
Иэ = 3*008*12*0.7*1.05*0.045*30000.9 = 3175 долл.
Для операции МГК затраты на электроэнергию составляют:
Иэ = 2.5*0269*0.8*0.7*1.05*0.045*30000.9 = 60 долл.
Для операции РГК затраты на электроэнергию составляют:
Иэ = 2.6*0508*0.8*0.7*1.05*0.045*30000.9 = 1165 долл.
Иэ = 0.1*0113*0.8*0.7*1.05*0.045*30000.9 = 1 долл.
Численные данные расчета затрат на электроэнергию приведены в таблице
Таблица 6.7 – Затраты на электроэнергию
Механическая зачистка шва 3175
Контроль шва 60 1165
Проявление пленок 1
Итого Иэ долл. 3775 1175
Затраты на ремонт и содержание оборудования рассчитываются для
операций МГК и РГК по формуле:
Иро = Ко*(На*(1+Кт)+Нп)100
где Ко - затраты в оборудование долл.;
На - норма амортизации на капитальный ремонт (На = 145%);
Кт - коэффициент учитывающий текущий ремонт и техническое
обслуживание (Кт = 055);
Нп - норма затрат на поверку средств контроля (Нп = 4%);
Затраты на ремонт и содержание оборудования для МГК и РГК составляют:
Иро = 4600*(145*(1+055)+4)100 = 287 долл.
Иро =6050*(145*(1+055)+4)100 = 378 долл.
Затраты на ремонт и содержание зданий рассчитываются для операций МГК
Ирз = Кзд*(Нсод+Нрем)100.
где Кзд - затраты в здания и сооружения долл.;
Нсод - норматив затрат на содержание зданий (Нсод= 04);
Нрем- норматив затрат на текущий ремонт зданий (Нрем = 075).
Затраты на ремонт и содержание зданий для МГК и РГК составляют:
Ирз = 9890*(04+075)100 = 11374долл.
Ирз = 19182*(04+075)100 = 220долл.
Затраты на управление рассчитываются отдельно для каждой операции по
где Изп- затраты на заработную плату с начислениями долл.;
Ку - коэффициент учитывающий управленческие расходы
Для операции механической зачистки шва затраты на управление
Иу= 617*055= 34 долл.
Для операции МГК затраты на управление составляют:
Иу = 266*055 = 1463 долл.
Для операции РГК затраты на управление составляют:
Иу = 596*055 = 328 долл.
Для операции по проявлению пленок затраты на управление составляют:
Иу =87*055 = 4785 долл.США.
Численные данные затрат на управление приведены в таблице 6.8
Таблица 6.8 – Затраты на управление
Механическая зачистка шва 34
Контроль шва 15 328
Проявление пленок 48
Итого Иу долл.США 49 376
Результаты расчетов по статьям текущих издержек в таблице 6.9:
Таблица 6.9 - Годовые издержки на контроль
Статья издержек МГК РГК
Затраты на материалы за вычетом ст. 528 5841
Затраты на заработную плату с 883 683
Затраты на электроэнергию 3775 1175
Затраты на ремонт и содержание 287 378
Затраты на ремонт и содержание зданий 114 220
Затраты на управление 49 376
Итого И долл.США 1444 7615
6 Расчет годовых потерь от погрешностей контроля
При принятии решений о соответствии продукции требованиям нормативно-
техничиской документации на основании показаний средств измерения и
контроля вероятность распределяется по следующему балансовому соотношению:
где Ргг - вероятность принятия годными действительно годные изделия;
Ргд - вероятность принятия негодными в действительности годные
изделия (ошибка 1-го рода - риск изготовителя);
Рдг - вероятность принятия негодными действительно негодные
Рдг - вероятность принятия годными в действительности негодные
изделия (ошибка 2-го рода - риск потребителя).
Если пренебречь систематическими погрешностями то ошибки первого и
Ргд = 2*(Ф1(((тех)-Ф2(((-Zд)(тех))
Ргд = 2*(Ф3(((+Zд) (тех)-Ф4(((тех))
где Ф - интегральная функция нормированного нормального закона
Найдем ошибки 1 и 2 рода для МГК:
Ргд = 2*(Ф1(5)-Ф2(447))
Ргд = 2*(Ф3(52) (тех)-Ф4(5))
Найдем значение функции нормированного нормального закона
распределения от вычисленного параметра:
Ф(Х1) = Ф(5) = 09999947;
Ф(Х2) = Ф(447) = 09999897;
Ф(Х3) = Ф(52) = 099999992;
Ф(Х4) = Ф(5) = 09999947.
Тогда для МГК Ргд и Рдг будут равны:
Ргд = 2*(09999947-09999897) = 000001;
Рдг = 2*(09999992-09999947) = 0000009.
Найдем ошибки 1 и 2 рода для РГК:
Ргд = 2*(Ф1(5)-Ф2((26))
Ргд = 2*(Ф3(52))-Ф4(5))
Ф(Х1) = Ф(5) = 009999947;
Ф(Х2) = Ф(26) = 0954;
Ф(Х3) = Ф(52) = 099999999;
Ф(Х4) = Ф(5) = 09999947;
Тогда для РГК Ргд и Рдг будут равны:
Ргд = 2*(009999947-0954) = 0092;
Рдг = 2*(09999999-09999947) = 000001.
Тогда сумма годовых потерь от составляющих ошибок равна:
Пдг = Рдг*Здг*Аг (6.30)
где Згд - средние затраты на единицу ложно забракованной продукции
Здг - средние затраты от пропуска продукции с дефектом долл. шт.
Так как дефект сварного шва является исправимым то средние затраты
на единицу ложно забракованной продукции Згд оцениваются величиной
технологических затрат по восстановлению. Согласно принятой схеме
разбраковки (ремонт) средние удельные затраты от ошибок 1-го рода
определяются величиной технологических затрат по восстановлению и
повторному контролю:
Згд = (Ср*Lр+Сс*Lр)*nд
где Ср - себестоимость рассверливания одного метра дефектного участка
Lр - длина рассверливаемого дефектного участка шва м;
Сс - себестоимость сварки одного метра шва долл.;
nд - количество ложных дефектов (принимаем равным 1).
Згд= (004*0025+004*0025)*1 = 0002 долл.шт.
Средние затраты от пропуска продукции с дефектом рассчитываются
аналогично затратам от ошибок 1 рода с добавлением затрат на
транспортировку изделия и выплату штрафов за поставку некачественной
гдеЗш - затраты от выплату штрафов за поставку некачественной
где Цт - цены 1 метра трубыдолл.США;
Lт - длина 1 трубы м;
Кш - коэффициент учитывающий штраф за поставку некачественной
Ктз – коэффициент учитывающий транспортные расходы.
Зш = 853*1*02*11 = 1.87 долл.шт.
Тогда затраты от пропуска продукции с дефектом равны:
Здг = 0.002+1.87=1.872долл. шт.
Тогда сумма годовых потерь от ошибок 1-го рода рассчитывается
отдельно для каждого метода контроля для МГК иРГК:
Пгд = 0.00001*0.002*3000 = 0.00006 долл.
Пгд = 0.092*0.002*3000 = 0.552
Сумма годовых потерь от ошибок 2-го рода рассчитывается отдельно для
каждого метода контроля. Для МГК и РГК соответственно:
Пдг = 0.000009*1.872*3000 = 0.05062 долл.
Пдг = 0.00001*1.872*3000 =0.056 долл.
Расчетные значения годовых потерь от погрешностей контроля приведены
Таблица 6.10 - годовые потери от погрешностей контроля
Наименование потерь МГК РГК
Потери от ложно забракованной продукции 0.00006 0.552
Потери от пропуска продукции с дефектом 0.0506 0.056
Суммарные потери 0.05066 0.608
7 Расчет показателей эффективности
По методам контроля определим годовые неизменные затраты:
где Ен - норматив приведения разновременных затрат численно равный
нормативу эффективности капитальных вложений (Ен = 01);
К - единовременные затраты (итог таблицы 9)долл.;
Рi - норма реновации средств :
Рi = Ен((1+Ен)tсл-1)
где Кi - единовременные затраты по элементам с одинаковым сроком
И - годовые текущие издержки на контроль (итог таблицы 6.9);
П - годовые потери от погрешностей контроля (итог таблицы 6.10);
Норма реновации зачистного станка будет равна:
Рз.ст. = 01((1+01)9-1) = 0074.
Норма реновации магнитографического дефектоскопа будет равна:
Рмгк = 01((1+01)6-1) = 01296
Норма реновации рентгенографического аппарата будет равна:
Рргк = 01((1+01)9-1) = 0074
Норма реновации фотооборудования будет равна:
Рфотооб. = 01((1+01)10-1) = 0062
Норма реновации зданий будет равна:
Рзд. = 01((1+01)60-1) = 000032
Норма реновации затрат в социально-культурную сферу будет равна:
Рск. = 01((1+01)60-1) = 000032
Норма реновации затрат на исследование и проектирование будет равна:
Рпр. = 01((1+01)5-1) = 016
Для МГК годовые неизменные затраты равны:
Зг=0.1*62790+(0.074+0.1296)*4600+0.00032*9690+0.00032*48000+
+0.16*292+1444+0.05066=8725долл.
Для РГК годовые неизменные затраты равны:
Зг=0.1*97639+(0.074+0.1296)*6050+0.00032*19182+0.00032*72000+
+0.16*313+7615+0.608=18690 долл.
Годовой экономический эффект определяется как разность неизменных
где Зб - годовые затраты по базовому методу контроля долл.США;
Зпр - годовые затраты по проектируемому методу контролядолл.
За базовый метод контроля принимаем РГКза проектируемый - МГК
Зг =18690-8725=9965 долл.
Результаты расчетов показателей эффективности по сравниваемым методам
контроля сводятся в таблице .6.11:
Таблица 6.11 - Технико-экономические показатели сравниваемых методов
Наименование показателей МГК РГК
Годовая программа контроля
Норма штучного времени час 0.349 0.621
Погрешность прибора мм 0016 014
Потребляемая мощность прибора Вт 25 26
Цена прибора 2800 2760
Габаритная площадь приборам2 18 14
Срок службы прибора год 6 9
Единовременные затраты 62790 97639
Текущие издержки 1444 7615
Потери от погрешности контроля 0.05 0.6
Годовые приведенные затратыдолл. 8725 18690
Годовой экономический эффект долл. 9965
Анализируя данные расчёта методов контроля приходим к выводу что
рациональнее использовать магнитный метод контроля по следующим причинам:
) Годовой экономический эффект в проектируемом приборе больше на
65 долл. это связано с тем что единовременные затраты текущие издержки
и потери от погрешности прибора меньше чем в базовом приборе;
) Время на контроль одного изделия в проектируемом приборе
требуется на порядок меньше чем в базовом что повышает
производительность контроля;
) Единовременные затраты в базовом превышают аналогичные затраты в
проектируемом приборе. На это повлияло большая трудоёмкость работ.
) Текущие издержки в базовом приборе значительно превышают текущие
издержки в проектируемом приборе . На текущие издержки в базовом приборе
значительно влияют затраты на материалы на содержания оборудования и на
) Величена погрешности прибора в проектируемом приборе на порядок
меньше что обеспечивает надёжность контроля.

5 Безопасность....doc

5 Безопасность и экологичность проекта
1 Идентификация и анализ вредных и опасных факторов в проектируемых
Проектирование приборов ведётся в соответствии с утверждёнными
правилами нормами и ГОСТами.
Вопросы охраны труда рассматриваются в тесной связи с улучшением
условий труда снижением нервно-психологических нагрузок и рядом других
факторов. Поэтому задача охраны труда состоит в том чтобы свести к
минимуму вероятность поражения или заболевания работающего с одновременным
обеспечением комфорта при максимальной производительности труда.
Идентификация опасных и вредных производственных факторов произведена
в соответствии с ГОСТ 12.0.003.-74 26. Выделяют следующие факторы:
- психофизиологические.
Физические факторы. Разработанные в дипломном проекте сканирующие
устройства для контроля сварных швов теплоэнергетического оборудования и
блок управления сканерами являются потенциально опасными. Сборка разборка
сканеров и блока управления не несут опасности персоналу. Но при
неправильной эксплуатации сканеров и блока управления существует опасность
поражения электрическим током. Источником опасности при поражении
электрическим током является понижающий трансформатор в блоке питания а
точнее его первичная обмотка. Источником опасности могут быть также и
различные соединительные кабели находящиеся под напряжением 27.
При нарушении изоляционных обмоток трансформатора а также изоляции
проводов питания и кабелей возможно появление искры и как следствие –
возгорание блоков. Вследствие неисправности электроустановок и повреждений
изоляции токоведущих частей может возникнуть перегрев проводников и
искрение что может послужить причиной возгорания.
Для обеспечения комфортных условий труда в помещении должен
поддерживаться определённый температурный режим. Тепловые потоки от
вычислительного устройства действующие на лицо и другие участки тела
вызывают сонливость ведут к утомлению. Поэтому следует отдавать
предпочтение аппаратуре с низким энергопотреблением. Допустимый уровень
шума в компьютерном зале от вентиляторов и кондиционеров не должен
превышать 50 дБ в соответствии с ГОСТ 12.1.005-88 28. Помещение отдела
необходимо хорошо проветривать.
Так как питание электродвигателей осуществляется от блока питания с
понижающим трансформатором который является источником электромагнитных
полей то следует предусмотреть методы и средства защиты обслуживающего
персонала от воздействия электромагнитных полей в соответствии с
требованиями ГОСТ 12.1.006-84 29.
В основе работы сканирующих устройств для контроля сварных швов
теплоэнергетического оборудования лежат свойства распространения
ультразвука в твёрдой среде. Ультразвук как физический фактор может
оказывать отрицательное влияние на организм человека поэтому его
предельные уровни не должны превышать значений определённых ГОСТом
Среди механических опасностей при неправильной работе со сканерами
следует отметить опасность попадания рабочей одежды оператора в винтовую
зубчатую или червячную передачу что в свою очередь может привести к
травмам. Источниками незначительных вибраций в сканерах являются
электродвигатели. Для уменьшения вибрации и шума следует производить
установку сканеров в устойчивое положение относительно поверхности объекта
Химические биологические и психофизиологические факторы опасного
воздействия в сканирующих устройствах и блоке управления отсутствуют.
Таким образом при работе со сканером возможны следующие опасности:
- поражение электрическим током;
- воздействие ультразвука;
- механические опасности;
- воздействие электромагнитных полей;
- возможность возникновения пожара при замыкании на корпус.
2 Разработка технических технологических решений и защитных средств
по устранению опасных и вредных факторов
Основным опасным фактором при эксплуатации сканеров является
воздействие электрического тока. При однофазном замыкании тока которое
может возникнуть в электрических приборах линиях электропередач на
корпусах и опорах появляется напряжение достаточное для поражения человека
и возникновения пожара. Ток замыкания создаёт опасные напряжения не только
на самом оборудовании но и возле него растекаясь с оснований и
фундаментов. Степень опасного и вредного воздействия на человека
электрического тока и электромагнитных полей зависит от рода и величины
напряжения и тока частоты электрического тока пути тока через тело
человека продолжительности воздействия электрического тока или
электромагнитного поля на организм человека условий окружающей среды.
Для предупреждения возгорания рядом находящиеся приборы и блоки
помещаются на отдельной стойке. При работе со сканерами и блоком управления
следует соблюдать правила электробезопасности в соответствии с ГОСТ
2.007.0-75 ГОСТ 12.1.009-76 ГОСТ 12.1.019-79 ГОСТ 12.1.038-82 и
требованиями пожарной безопасности СТБ 11.0.02-95 ГОСТ 12.1.004-85.
Большинство средств неразрушающего контроля (дефектоскопы установки
приборы средства механизации и автоматизации) в процессе работы полностью
или частично находятся под напряжением. Поэтому при их эксплуатации должны
строго соблюдаться “ Правила техники эксплуатации электроустановок
потребителей. Правила безопасности при эксплуатации электроустановок
Все неизолированные питающие кабели прибора при любом напряжении
ограждены от случайного прикосновения. Корпус прибора надёжно заземлён
При проведении работ необходимо обеспечить пожарную безопасность в
соответствии с “Типовыми правилами пожарной безопасности для промышленных
предприятий ”. Перед тушением электроустановок их необходимо отключить от
электросети. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью
углекислотных огнетушителей. Такими огнетушителями можно тушить загорания
электроустановок находящихся под напряжением.
По ГОСТ 12.2.007.0-75 33 разработанные устройства относятся к классу
I так как имеют по крайней мере рабочую изоляцию элемент для заземления
и провод без заземляющей шины для присоединения к источнику питания.
Предельно допустимый уровень напряжённости воздействующего
электрического поля устанавливается равным 25 кВм по ГОСТ 12.1.002-84
Пребывание в электрическом поле напряжённостью до 5 кВм включительно
допускается в течение рабочего дня. Разрабатываемая электроустановка
запитывается от сети переменного тока и потребляет незначительную мощность
(до 60 Вт) поэтому она способна создать уровень напряжённости
электрического поля на несколько порядков ниже чем предельно допустимый.
Напряжённость электромагнитного поля в диапазоне частот работы
преобразователей (1.5 – 5 МГц) на рабочем месте персонала в течение
рабочего дня не должна превышать установленных ГОСТ 12.1.006-84 предельно
допустимых уровней по электрической составляющей 20 Вм по магнитной
составляющей 5 Ам. Электрические компоненты установки в силу
незначительной мощности не могут воздействовать на человека с соизмеримыми
показателями что допускает не использование дополнительных мер защиты от
вредного воздействия электромагнитного поля.
Для производственного оборудования в котором генерируется ультразвук
для выполнения технологических процессов контроля и измерений и
оборудования при эксплуатации которого ультразвук возникает как
сопутствующий фактор устанавливаются допустимые уровни ультразвука на
рабочих местах. Характеристикой воздействия ультразвука по ГОСТ 12.1.001-89
является уровень звукового давления выраженный в децибелах в
третьоктавных полосах. Для используемых частот ультразвука допустимый
уровень звукового давления определяется порогом в 110 дБ. Развить такое
давление пьезоэлектрический преобразователь неспособен поэтому применение
особых мер защиты (дистанционное управление противошумы перчатки и т.д.)
Защита от поражения электрическим током и возгораний осуществлена в
соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 35защитным заземлением.
Наиболее простым и широко используемым способом защиты является
защитное заземление. Снижение напряжения прикосновения и шага достигается
путём уменьшения потенциала заземлённого оборудования (уменьшением
сопротивления заземлителя) а также путём выравнивания потенциалов
основания на котором стоит человек и заземлённого оборудования (подъём
потенциала основания на котором стоит человек до значения близкого к
значению потенциала заземлённого оборудования). Защитное заземление следует
отличать от рабочего заземления (например нейтральных точек обмоток
генератора трансформаторов и заземления молниезащиты).
Защитное заземление – способ защиты человека от поражения
электрическим током. Оно заключается в том что все металлические части
комплекса с помощью проводника соединяются с устройством заземления. При
этом в случае неполадки (пробой на корпус) ток возвращается к источнику
напряжения что приводит к срабатыванию соответствующего устройства токовой
защиты и повреждённый блок отключается от сети. Возврат тока к источнику
напряжения (например к нулевой точке трёхфазной сети) осуществляется через
грунт или по имеющимся системам трубопроводов. Эффективность защитного
заземления устанавливается посредством его испытания 36.
Расчёт защитного заземления производится по допустимому сопротивлению
растекания тока. При расчёте заземляющих устройств по допустимому
сопротивлению подбирают такую конструкцию искусственного заземлителя при
которой выполнялись бы нормы на допустимое сопротивление при наименьших
затратах на сооружение заземлителя.
Заземляющим устройством называется совокупность заземлителя-
проводников (электродов) соединенных между собой и находящихся в
непосредственном соприкосновении с землёй и заземляющих проводников
соединяющих заземляющие части электроустановки с заземлителем. Схема
заземляющего устройства приведена на рисунке 5.1.
Для одиночных стержневых заземлителей сопротивление тока определяют по
следующей эмпирической формуле (для стержневых круглого сечения электродов
где ( - удельное сопротивление грунта Ом*м;
d – диаметр сечения м;
t – расстояние от поверхности грунта до середины вертикального
Для суглинка удельное сопротивление грунта (=100 Ом*м. Для
вертикальных электродов используем стальные трубы диаметром 50 мм с
толщиной стенки не менее 35 мм. Для связи вертикальных электродов и в
качестве самостоятельного электрода применяем полосовую сталь сечением 4(16
мм соединение выполняется сваркой.
Необходимое количество электродов рассчитывается по формуле
где Rдоп – допустимое сопротивление заземления Ом;
(с – климатический коэффициент учитывающий возможное изменения
удельного сопротивления вследствие промерзания грунта зимой или его
Сопротивление заземляющих устройств в сетях напряжением до 1000 В при
суммарной мощности генераторов и трансформаторов питающих данную сеть не
более 100 кВ*А должно быть не более 10 Ом. Климатичекий коэффициент
выбираем максимальным для летнего сезона (с =22.
Длина полосы связи между электродами при контурном заземляющем
устройстве определяется как
где п – число стержней;
а – расстояние между стержнями а=2 м.
Сопротивление соединительной полосы равно
где h – глубина заложения м;
b – ширина полосы м.
Расчётное сопротивление заземляющего устройства с учётом коэффициентов
взаимного влияния электродов и использования полосы
где (3 – коэффициент взаимного влияния (увеличения сопротивления
растеканию группового тока заземления) ;
(п – коэффициент использования полосы.
Коэффициент взаимного влияния (3 и коэффициент использования полосы
(п зависят от числа электродов.
Заземление будет удовлетворять требованиям при условии R(Rдоп. При
условии R>Rдоп увеличивают в контуре заземлителя количество вертикальных
электродов а затем вновь находят коэффициенты использования (3 и (п и
Измерение сопротивления заземляющего устройства производится после
монтажа через год после включения в эксплуатацию и в последующем при
комплексном ремонте электроустановки но не реже чем через 10 лет на
электростанциях подстанциях и линиях электропередачи энергосистем через 3
года на подстанциях потребителей и через 1 год в цеховых электроустановках
Расчёт защитного заземления производился на ЭВМ по программе Sasemlp
составленной на языке Turbo Pascal 7.0 . Результаты вычислений приведены в
Рассчитанное значение сопротивления защитного заземления для схемы
состоящей из восьми электродов удовлетворяет условию R(Rдоп
Требуемая освещённость для работы с установкой находится в диапазоне
от 300 до 400 лк в соответствии со СНБ 2.04.05-98 38 в зависимости от
яркости экрана его цвета и соотношения времени работы с дисплеем и с
документацией. Целесообразно пользоваться только общим освещением
создаваемым светильниками с оптимальным спектром. Стены помещения должны
быть окрашены светлой матовой краской.
Если компьютер находится рядом с окном то удобно использовать
противобликовые фильтры. В помещении с компьютерами устанавливают
люминесцентные лампы типа ЛБ создающие освещённость 300 лк что
соответствует СНБ 2.04.05-98.
3 Разработка мер безопасности при эксплуатации комплекса
3.1 Требования безопасности перед началом работы. К проведению работ
по неразрушающему контролю в частности к проведению работ на
полуавтоматизированных сканерах допускаются лица прошедшие обучение по
утверждённой программе и успешно выдержавшие испытания по общим и
специальным вопросам безопасности.
Помещения в которых проводят контроль должны соответствовать
действующим нормам и правилам проектирования промышленных предприятий 39.
Место на котором производят контроль должно быть удалено от сварочных
постов защищено от попадания лучистой энергии. На объект контроля во время
проведения работ не должны оказывать влияние воздействия вызывающие
вибрацию. При контроле на открытом месте в дневное время или при сильном
искусственном освещении необходимо принять меры по затемнению индикаторов
Все неизолированные питающие кабели сканеров и блока управления при
любом напряжении должны быть ограждены от случайного прикосновения.
Неизолированные провода и электросхемы необходимо защищать корпусами.
Корпус блока управления должен быть заземлён. Для присоединения
заземляющего провода используется резьбовое соединение. Болт для
присоединения заземлительного проводника выполняется из металла стойкого в
отношении коррозии и не должен иметь поверхностной окраски.
3.2 Требования безопасности при выполнении работ. В процессе
проведения контроля должно быть обеспечено устойчивое положение сканера
блока управления удобные для работы оператора условия. Большинство средств
неразрушающего контроля (дефектоскопы установки приборы средства
механизации и автоматизации) в процессе работы полностью или частично
находятся под напряжением. Поэтому при их эксплуатации должны строго
соблюдаться “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей
” ”Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
соответствии с “ Типовыми правилами пожарной безопасности для промышленных
При работе со сканерами и блоком управления должны соблюдаться все
правила электробезопасности и строго выполняться требования изложенные
выше. Перед каждым включением блока управления оператор должен убедиться в
надёжном заземлении прибора медным проводом у которого сечение не менее
Блок управления необходимо подключать к малонагруженным линиям
(осветительным сетям). При отсутствии такой возможности подключение
приборов следует проводить через стабилизатор. При отсутствии на рабочем
месте розеток подключение и отключение блоков к электрической сети должно
проводиться дежурными электриками 40.
Категорически запрещается работа оператора на съёмных механизмах на
неустойчивых конструкциях и в местах где возможно повреждение питающих
кабелей приборов. Запрещается вскрывать блоки и разбирать их во время
3.3 Требования безопасности в аварийных ситуациях. Вследствие
неисправности электроустановок и повреждений изоляции токоведущих частей
может возникнуть перегрев проводников и искрение что может послужить
причиной возгорания. Перед тушением электроустановок их необходимо
отключить от сети. Небольшие загорания могут быть ликвидированы с помощью
углекислотных и порошковых огнетушителей. Такими огнетушителями можно
тушить загорания электроустановок находящихся под напряжением.
В случае поражения работников электрическим током необходимо:
-освободить пострадавшего от токоведущих частей;
- оказать первую помощь;
Инструктаж по технике безопасности проводится периодически раз в
полгода в соответствии с порядком установленным на предприятии. Проведение
инструктажа фиксируется в специальном журнале.
Рисунок 5.1-Схема заземляющего устройства

Электрическая схема 14.dwg

МЛТ-0.125-75 кОм±10%
Диод АИ301 аА0.336.543 ТУ
Диод КД202А аА0.336.543 ТУ
Диод КД522Б дР3.362.035 ТУ
Т06.01.41.5.00.00.000Э3
Т.06.01.41.5.00.00.000Э3
ГОСТ 2.104-68 Форма 1
Микропереключатель MS-5
STN8538 RS Components
МЛТ-0.125-47 кОм±10%
СП3-19а-0.125-10 кОм
МЛТ-0.125-470 Ом±10%
Вилка РРН28 бР0.364.082 ТУ
Розетка РРН28 бР0.364.082 ТУ
Розетка USB Serial A
Резонатор кварцевый РГ-0.6-14БП-10МГц
Диод АИ-301 дР3.362.035 ТУ
МЛТ-0.125-10 кОм±10%
МЛТ-0.125-1.5 кОм±10%
МЛТ-0.125-100 кОм±10%
МЛТ-0.125-5.1 кОм±10%