Устройство для контроля продольного шва трубы с электромагнитным намагничиванием

Записка.doc

Характеристика объекта контроля 6
Обоснование выбора метода контроля 7
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля 9
Анализ литературных источников с целью разработки или модернизации
оборудования для контроля 16
Компоновка расчёт и разработка оборудования для контроля 18
Определение оптимального режима намагничивания при магнитографическом
контроле ферромагнитных изделий. 18
Расчёт устройства для намагничивания изделий в процессе магнитного
Описание устройства для контроля и принципа его действия 24
Разработка методики контроля 25
Выбор типа магнитной ленты для магнитографического контроля изделия 26
Разработка метрологического обеспечения средств контроля 27
Мероприятия по охране труда 28
Список литературы 30
Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других
объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого
качества во всех отраслях машиностроения. Это требует непрерывного
совершенствования технологии производства и методов контроля качества. В
ряде случаев выборочный контроль исходного металла заготовок
полуфабрикатов и готовых изделий ответственного назначения на заводах не
гарантирует их высокое качество особенно при серийном и массовом
изготовлении. В настоящее время все более широкое распространение получает
стократный неразрушающий контроль продукции на отдельных этапах
производства. Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности машин и
механизмов большое значение имеет также периодический контроль их состояния
без демонтажа или с ограниченной разборкой производимый при обслуживании в
эксплуатации или ремонте.
В современных условиях стремительного научно-технического прогресса
роль неразрушающего контроля значительно возросла. Без этого
высокоэффективного и производительного контроля невозможно например
развитие космической авиационной и атомной техники и современной
энергетики а также обеспечение безопасности движения на транспорте.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и методику
контроля продольных сварных швов труб диаметром 1420 мм в заводских
Исходными данными являются:
Диаметр трубы – 1420 мм;
Толщина стенки – 16 мм;
Материал – сталь 10;
Недопустимые дефекты сплошности: протяженные – свыше 10% от толщины
локальные – более 25%. Сварные швы выполнены автоматической сваркой под
флюсом согласно ГОСТ 8713-76.
Характеристика объекта контроля
Объектом контроля является труба диаметром – 1420 мм с толщиной стенки
– 16 мм. Данные трубы изготавливаются из стали 10. Основные виды дефектов
которые нас интересуют будут располагаться в местах сварных соединений и
будут представлять собой поры различные включения непровары дефекты
сплошности. Тип дефектов: протяженные и локальные. Причем протяженные
считаются недопустимыми дефектами если они составляют более 10% от толщины
стенки трубы а локальные – более 25%. Сварной шов выполнен автоматической
сваркой под флюсом согласно ГОСТ 8713-76.
Обоснование выбора метода контроля
В настоящее время широко известно несколько методов магнитного вида
– магнитопорошковый;
– магнитографический;
Индукционный метод требует высокой скорости перемещения
преобразователя при контроле с приложенным полем. Этот метод можно
использовать на грубых поверхностях при этом минимальная глубина
выявляемых дефектов составляет трехкратную высоту шероховатости
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 потому не позволяет даже приближенно оценить
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. Обладает высокой производительностью и не
требует предварительной зачистки поверхности объекта контроля.
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).
Феррозондовый метод контроля позволяет в изделиях из магнитномягких
материалов выявлять поверхностные дефекты внутренние дефекты на глубине до
мм а более крупные дефекты на глубине до 15 мм. Для обеспечения высокой
чувствительности и достоверности феррозондового метода поверхность
контролируемых изделий должна иметь хорошую чистоту обработки. Кроме того
на результаты контроля могут влиять структурные неоднородности материала
Таким образом 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 продольных швов труб является магнитографический так как
он обладает высокой чувствительностью производительстью позволяет судить
о размерах обнаруженных дефектов позволяет отстроиться от ложных сигналов
обусловленных поверхностными неровностями 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 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 3.
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 ( 6.
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 7.
На магнитную ленту в процессе магнитографического контроля 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( и поля дефекта Н(d. Полями обусловленными термическими
неоднородностям неоднородностями химического состава и чешуйчатостью при
контроле сварных соединений изделий из низкоуглеродистых и
низколегированных сталей выполненных автоматической сваркой под флюсом
можно пренебречь. Тангенциальная 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 6.
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 910. 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 8 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.
Описанные выше способы магнитографического контроля предназначены для
обнаружения протяженных дефектов в шве (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 10.
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.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода
в 11 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 отстройка
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 12. 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 13.
Для отстройки от помех обусловленных валиком шва и поверхностными
неровностями в 14 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 его величина выбирается такой чтобы
компенсировать помехи за счет наложения их полей.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в 15 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 16 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 17 для повышения достоверности контроля за счет определения его
раскрытия изделие намагничивают дважды регистрируя поле дефекта при
различных значениях напряженности поля.
Известен способ магнитографического контроля стыковых сварных швов
заключающийся в том что на шов укладывают магнитную ленту
намагничивают ее совместно с изделием магнитным полем направленным
перпендикулярно шву величину этого поля определяют по эмпирическим
таблицам учитывающим толщину изделия и ряд других факторов снятую с
изделием ленту сканируют построчно в поперечном длине шва направлении
индукционной головкой ее сигнал подают на осциллограф и о появлении
дефектов судят по изображению на экране. При так называемой импульсной
индикации признаком дефекта являются добавочные биполярные импульсы
возникающие между биполярными импульсами от краев шва.
Недостатком способа 18 является ограничение его применения при
контроле стыковых сварных соединений только такими где коэффициент формы
(отношение ширины валика к его высоте) удовлетворяет эмпирически найденным
критериям зависящим от толщины изделия и ряда других факторов. Это
связано в частности с тем что рост толщины изделия ведет к раздвиганию
сигнальных импульсов от дефектов в корне шва и при определенном
соотношении толщины изделия и геометрии валика импульсы от корневых
дефектов попадают на импульсы от краев валика что затрудняет выявление
Способ 18 магнитографического контроля заключается в том что
намагничивают контролируемое изделие совместно с магнитной лентой
уложенной на его поверхность постоянным магнитным полем Но направленным
перпендикулярно сварному шву снятую ленту сканируют преобразователем
построчно в поперечном длине шва направлении аналогичным образом на
эталонном бездефектном образце и о наличии дефектов в корне шва судят по
уменьшении амплитуды биполярных сигналов от краев сварного шва
бездефектного соединения.
Способ-прототип 18 имеет несколько недостатков. Во-первых в нем не
определен режим намагничивания т.е. величина постоянного поля Но
намагничивающего изделие; если это поле недостаточно для данной толщины
изделия корневой дефект не создает собственного поля т.е. не изменит
сигнал от краев валика и не будет обнаружен. Способ-прототип применим
преимущественно к сварным швам идеальной симметричной формы и корневым
дефектам находящимся строго на оси шва так как лишь для таких швов и
дефектов амплитуда сигналов от обоих краев дефектного сварного шва
одновременно и одинаково уменьшится по сравнению с амплитудой сигналов от
обоих краев бездефектного сварного шва. Реальный шов дает несимметричные
биполярные краевые импульсы разной амплитуды и при смещении корневого
дефекта с оси шва может уменьшиться импульс большей амплитуды; в итоге
сигнал дефектного шва станет по форме аналогичен сигналу бездефектного шва
станет по форме аналогичен сигналу бездефектного сварного шва симметричной
формы и дефект не будет обнаружен. В прототипе не указана степень изменения
амплитуды сигналов от краев дефектного сварного шва по сравнению с
амплитудой сигналов от краев бездефектного сварного шва. Реальный
бездефектный шов дает краевые импульсы случайным образом изменяющейся по
его длине амплитуды (например за счет местного изменения геометpии) так
что уменьшение амплитуды сигналов от краев шва за счет дефекта может не
превысить границ случайного изменения.
Известен способ магнитографического контроля 19 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 толщиной до 20-25 мм и должен обеспечивать выявление
дефектов в 5-10% и более от толщины стенки.
Недостатком способа 19 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 19 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 19 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 19 имеет недостатки: требует двукратного намагничивания
изделия что снижает производительность контроля; в нем не указаны
магнитные 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 20 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.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является
способ20 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
Для реализации этого способа 20 необходимо чтобы материал магнитной
пленки служащей индикатором обладал высокой магнитооптической
добротностью при необходимых величинах других магнитных параметров 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.
Сущностью способа магнитного контроля труб 21 включающего
намагничивание трубы сканирование рельефа магнитного поля рассеяния
внутренней стенки трубы преобразование магнитного поля рассеяния в
электрический сигнал считывание обработку информации и визуализацию
дефектов является то что сканирование осуществляют путем вращения
контролируемой трубы вокруг магниточувствительного строчного
преобразователя расположенного внутри герметичного вращающегося барабана
на который нанизана и обкатывается по его наружной поверхности
намагниченная диагностируемая труба; магниточувствительный строчный
преобразователь и датчик контроля уровня намагниченности располагают
неподвижно внутри вращающегося герметичного барабана вдоль его образующей
вблизи его внутренней стенки и линии касания наружной поверхности барабана
и внутренней поверхности намагниченной трубы.
Таким образом анализ литературных источников показал что
целесообразней применять намагничивание сварного шва с прилегающей
околошовной зоной считывать топографию магнитного рельефа контролируемого
участка и по магнитограмме определять наличие дефектов. Также необходимо
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
оборудования для контроля
В практике магнитографического контроля получили применение следующие
типы намагничивающих устройств:
- дисковые магниты ДМ используемые для контроля листовых конструкций
и труб с толщиной стенки до 5-6 мм;
- подвижные намагничивающие устройства ПНУ применяемые при контроле
труб диаметром свыше 150 мм и листовых конструкций толщиной до 16 мм;
- устройства используемые для контроля стыков труб небольших
диаметров типа намагничивающих клещей НК поясов НП и вилок НВ.
Намагничивающее устройство ДМ – дисковый магнит предназначенное для
контроля листовых конструкций состоит из двух дисков и соединяющего их
стержня. На стержне размещена обмотка концы которой выведены к зажимам
изолированным от магнитопровода.
Токопровод состоит из двух изолированных друг от друга скоб имеющих
втулки соединенные с концами обмотки. Для передвижения и регулировки
направления магнита по шву служит ручка внутри которой пропущены провода
присоединённые через регулирующее устройство (реостат) к источнику питания.
Между дисками поверх защитного кожуха обмотки помещено кольцо из
мягкой резины предназначенное для прижима магнитной ленты поверх шва.
Дисковые магниты дают значительное растекание потока магнитной
индукции что существенно ухудшает условия образование и выявление полей
дефектов при магнитном контроле. Ухудшение условий намагничивания особенно
чётко наблюдается при толщинах контролируемых изделий свыше 5-6 мм и
диаметрах труб менее 300 мм 3.
В подвижных намагничивающих устройствах ПНУ применён принцип
одновременного создания однородного магнитного потока на участке
значительной протяжённости. Устройство состоит из двух стальных полюсов
скреплённых стальными сердечниками на которых размещается одна или две
катушки. Стальной каркас катушки опирается на четыре колеса из немагнитного
материала (дюралюминий). Колёса расположены таким образом что при
установке намагничивающего устройства на контролируемое изделие между
полюсами и поверхностью изделия образуется воздушный зазор в 2-3 мм.
Устройство перемещается вдоль контролируемого шва таким образом чтобы
возбуждаемый при включении тока магнитный поток пересекал продольную ось
шва под прямым углом.
Благодаря значительной длине магнитопровода подвижное намагничивающее
устройство обеспечивает одновременное намагничивание участка шва с
минимальным растеканием магнитного потока и эффективное выявление дефектов.
Подвижное намагничивающее устройство для намагничивания стыков труб
имеет полюса с кривизной соответствующего радиуса. Это устройство
предназначено для контроля труб больших диаметров от 168 мм до 1024мм 3.
Неподвижное устройство типа намагничивающие клещи НК предназначено для
контроля труб небольших диаметров и представляет шарнирно раскрывающийся
электромагнит позволяющий одновременно намагничивать контролируемый стык
Намагничивающие клещи состоят из двух стальных каркасов-полуколец
соединённых между собой шарниром. На каркасах размещены обмотки
электромагнита соединённые последовательно. Клещи снабжены рукоятками
дающими возможность устанавливать и снимать клещи с контролируемого стыка.
Намагничивающие клещи позволяют контролировать стыки труб определённых
диаметров для контроля стыков труб нескольких диаметров должно применяться
устройство НК различных типоразмеров 3.
Магнитные пояса имеют импульсный источник тока и состоят из двух
последовательно соединённых катушек. Концы витков припаяны к штыковым
разъёмам. Катушки пояса располагаются на расстоянии 20 мм по обе стороны от
контролируемого стыка. При включении тока в зоне шва возникает магнитный
поток направленный перпендикулярно к плоскости продольного разреза
сварного стыка. Основными достоинствами магнитных поясов является
одновременное намагничивание стыка по всему его периметру универсальность
позволяющая применять устройство для намагничивания стальных труб с
диаметром от 48 мм до 133 мм и портативность и источника тока.
Намагничивающие вилки НВ предназначены для контроля стыков труб
небольших диаметров до 59 мм и толщиной стенки до 4 мм. Намагничивающие
вилки состоят из стального корпуса и рукоятки. Полюса вилки охватывают
контролируемы стык на половину длины его окружности. Поэтому контроль
стыков труб с помощью намагничивающей вилки производят с двух сторон 3.
Проанализировав различные литературные источники я пришел к выводу
что при перемещении труб больших размеров не всегда можно добиться точного
положения полюсов намагничивающего устройства относительно сварного шва.
Поэтому в данном разрабатываемом мною устройстве целесообразно применить
ручную корректировку положения трубы позволяющую добиться необходимого
положения сварного шва относительно полюсов электромагнита.
Компоновка расчёт и разработка оборудования для контроля
контроле ферромагнитных изделий.
Для расчёта электромагнита намагничивающего устройства необходимо знать
оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта.
По данным таблицы Г1 22 строим кривую намагничивания материала
контролируемого изделия В=f(H). Кривая намагничивания приведена на чертеже
ЭМК 36.00.00.02. Используя данные этой кривой строим зависимость
График зависимости приведен на чертеже ЭМК 36.00.00.02.
Расчет оптимального режима намагничивания сводится к отысканию
максимального приращения производной на падающей (правой) ветви данной
кривой. Максимальное приращение производной [pic] находится в месте
перегиба кривой функции [pic] на ее ниспадающей ветви (в этой точке
По приближенным формулам определяют[pic] и [pic] используя значения [pic]
нисходящей ветви [pic] для точек [pic] и [pic] где h - шаг изменения B.
Оптимальному режиму намагничивания соответствует точка пересечения графика
функции [pic] с осью абсцисс и минимумом функции [pic]. Графики этих
функций представлены на чертеже ЭМК 36.00.00.02.
Следует отметить что расчетное значение Вопт ниже значения полученного
экспериментально на 10 20%.
В нашем случае Вопт=167 Тл.
Расчетная и эквивалентная электрическая схема электромагнита
представлены на рисунках 1 и 2 соответственно.
Рисунок 1 – Расчетная схема электромагнита
Целью расчета является определение намагничивающей силы (IW)
устройства для создания в изделии необходимой индукции.
Из рекомендаций толщина полюсов намагничиваемого устройства должна
быть в 2-3 раза больше толщины стенки намагничиваемого изделия. Если же
толщина стенки изделия 1 2 мм то толщина полюсов – 10-20 мм. Остальные
размеры намагничивающего устройства выбирают конструктивно исходя из
существующих разработок. Например расстояние L между полюсами
электромагнита – не менее 70 мм высота h – не менее 100 мм. Расчет
выполняют принимая допущение что растекание магнитного потока в изделии
отсутствует т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Зададимся следующими значениями параметров электромагнита для расчета
Рисунок 2 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Из закона Кирхгофа следует:
где[pic]- падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии Uu в
зазорах Uy в магнитопроводе Un:
Строим кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение
(5) по 6-8 значениям [pic] и [pic] взятых с кривой намагничивания строим
зависимость [pic] а затем зависимость [pic] в той же системе координат.
Вычислим падение магнитного напряжения в зазорах:
Рисунок 2 – График зависимости [pic]
Затем на отдельном графике строится кривая падения магнитного
напряжения в магнитопроводе в зависимости от потока в нем [pic].
Значения B и H определяем по кривой намагничивания материала
График зависимости [pic] представлен на чертеже ЭМК 36.00.00.03.
Чтобы пересчитать [pic] в зависимости от [pic] запишем уравнение
Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (схема представлена
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходный
Так как отношение потоков Фu и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям [pic] и [pic] то:
где [pic] – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами
где [pic] – проводимость участка между параллельными призмами
(полюсами намагничивающего устройства):
где [pic] получаем из (10) и (11):
Bu и Hu – соответствуют оптимальному режиму намагничивания.
Путем пересчета с использованием формулы (15) из последнего графика
получают зависимость [pic]. Затем суммируя [pic] получают зависимость
[pic]. Зная сечение изделия строят вторую ось[pic] т.е. аналогичную
зависимость [pic] где [pic]. Графики представлены на чертеже ЭМК
По известному значению оптимальной индукции [pic] в контролируемом
сечении определяют [pic]. Затем с учетом коэффициента заполнения и площади
S окна занимаемого всеми витками катушки в сечении перпендикулярном осям
витков (S составляет приблизительно 80% площади окна образованного П-
образным сердечником и намагничиваемым изделием) определяют число витков
обмоточного провода задаваясь различными диаметрами (d от 1 до 3 мм):
Определяем величину тока в катушке по известным намагничивающей силе и
числу витков [pic]. При этом следует помнить что расчет выполнен для
случая контроля плоских изделий и не учитывает растекание магнитного потока
в изделии. Для намагничивания сварных соединений с усилением шва ток нужно
увеличивать в 6 8 раз. Определяем электрическое сопротивление обмотки:
и потребляемую мощность:
в каждом случае ([pic]-средняя линия витка провода в катушке[pic]-
удельное электрическое сопротивление).
Расчёт следует выполнить для трёх диаметров провода. Если
потребляемые мощности одинаковы то диаметр провода выбирают исходя из
приемлемого числа витков катушки.
Расчёт параметров электромагнита в зависимости от диаметра провода
приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Расчёт параметров электромагнита
dпр мм W1 витков I1 А J Амм2 R Ом P Вт
Диаметр провода выбираем равный dпр=2 мм.
В данном расчете использовалась программа Mathcad 14.
Описание устройства для контроля и принципа его действия
Для магнитографического контроля сварных соединений труб в заводских
условиях я применил намагничивающее устройство позволяющее намагничивать
весь продольный сварной шов с одной установки.
Устройство для контроля содержит П-образный электромагнит который
перемещается вдоль контролируемого шва.
В данном устройстве предусмотрены колеса (поз. 2) которые позволяют
произвести ручную корректировку положения трубы чтобы добиться
необходимого положения сварного шва относительно полюсов электромагнита.
Эти колеса прикреплены к станине (поз. 3).
Магнитная лента на сварном шве закрепляется при помощи технологических
Устройство работает следующим образом.
Перед проведением контроля сварной шов подготавливается
соответствующим образом. Труба помещается на установку и производится
корректировка положения сварного шва относительно полюсов электромагнита.
Магнитная лента устанавливается на шов и закрепляется. По ней
проезжает тележка с электромагнитом тем самым намагничивая шов в
продольном направлении.
По окончании процесса намагничивания магнитную ленту снимают с трубы и
полученную на ней магнитную запись воспроизводят на магнитографическом
дефектоскопе МДУ-2У.
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на
наличие пор и шлаковых включений в продольных сварных швах труб содержащее
электромагнит постоянного тока установленный на тележке позволяющей
производить продольное намагничивание сварного шва.
Разработка методики контроля
На первоначальном этапе происходит внешний осмотр сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие дефектов нарушения сплошности. Шов
должен соответствовать требованиям СниП Ш-42-80 или другому нормативно-
техническому документу утвержденному в установленном порядке. До
проведения контроля с поверхности продольного шва выполненного
автоматической сваркой и околошовных зон шириной не менее 20 мм с каждой
стороны валика усиления должны быть устранены грубые неровности. Кроме
того с поверхности контролируемых сварных швов и около шовных зон должна
быть удалена грязь и другие посторонние наслоения затрудняющие плотное
прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия магнитной записи на ней
Перед проведением магнитографического контроля магнитная лента должна
быть подвергнута размагничиванию с помощью стирающего устройства входящего
в комплект дефектоскопа.
После соответствующей обработки сварного шва труба поступает на
намагничивающее устройство где вместе с прижатой эластичным поясом
магнитной лентой намагничивается.
Длина отрезка магнитной ленты накладываемой на контролируемый шов
должна быть не менее длины трубы которая составляет 3000 мм.
Намагничивание контролируемых продольных сварных соединений выполняют
постоянным током протекающим по обмотке электромагнита обеспечивающего
равномерное намагничивание продольного шва по всей толщине.
Трубу подают на намагничивающее устройство фиксируют её вместе с
магнитной лентой и включают ток необходимой величины.
Рекомендованное значение суммарного тока при данном продольном
намагничивании диаметром трубы - 1420 мм и толщиной стенки 16 мм - 3708А.
По истечении 1-2 с. выключают ток.
В процессе намагничивания контролируемого сварного шва необходимо
следить за тем чтобы полюса намагничивающего устройства были расположены
симметрично середине шва по всей длине.
После намагничивания контролируемого сварного соединения магнитную
ленту аккуратно снимают с поверхности шва и доставляют к месту
воспроизведения полученной магнитограммы с соблюдением мер
предосторожности которые исключают воздействия на нее постоянных магнитных
В качестве магнитного дефектоскопа выступает дефектоскоп типа МДУ-2У.
Дефектоскоп должен быть настроен.
Браковочный уровень на шкале импульсной индикации или на диаграмме
регистратора должен соответствовать минимальной величине недопустимого
дефекта регламентированного нормативно-технической документацией на
строительство данного трубопровода. Если амплитуда сигнала записанная на
магнитной ленте превышает уровень допустимой амплитуды в данном
дефектоскопе то следует говорить о наличии дефекта.
Выбор типа магнитной ленты для магнитографического контроля изделия
Известен оптимальный режим намагничивания (Вопт = 167 Тл) и кривая
намагничивания материала изделия.
Для получения широкого рабочего диапазона характеристики ленты
рекомендуют использовать ленту такого типа чтобы ее рабочая точка А
совпадала с начальной точкой крутого возрастающего участка характеристики
ленты (см. рисунок 3). Напряженность поля требуемая для намагничивания
ленты до указанной точки приблизительно равна ее коэрцитивной силе.
Рисунок 3 – Характеристика магнитной ленты
Поэтому для выбора типа ленты вначале по кривой намагничивания
материала изделия определяют напряженность поля требуемую для получения
Вопт (в нашем случае Hтр = 60 Асм). Так как составляющая вектора
напряженности поля параллельная границе раздела сред имеет по обе стороны
границы одинаковые значения а ферромагнитный слой ленты находится
практически у самой поверхности то на ленту в ее плоскости воздействует
поле напряженностью Нтр. Это поле смещает рабочую точку характеристики
ленты. По таблице Г2 2 выбирают магнитную ленту И4701–35 с коэрцитивной
силой Нс = 60 А см = Нтр.
Разработанные методика контроля и устройство для ее осуществления
позволяют достоверно обнаруживать дефекты вида непроваров величиной более
% от толщины основного металла пор и шлаковых включений величиной более
% от толщины основного металла.
Разработка метрологического обеспечения средств контроля
Испытательные образцы продольных сварных швов должны быть изготовлены
для каждой толщины стенки и марки стали труб и сварены тем же методом и по
той же технологии (сварочные электроды проволока флюс режим сварки) что
и продольные швы труб качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом.
Если на данном объекте применяются трубы различной поставки из сталей
с одинаковыми или близкими магнитными свойствами то допускается
изготовление одного общего испытательного образца для труб из этих сталей с
одинаковой толщиной стенки.
В качестве испытательного образца может служить труба или ее часть
длинной не менее 13 окружности сваренная из двух частей трубы того же
диаметра что и контролируемая.
Испытательный образец применяют для изготовления эталонных магнитных
лент. Эталонные ленты получают при контроле испытательных образцов при
использовании рабочих намагничивающих устройств и рабочих режимах
намагничивания. Эталонные ленты применяют для настройки дефектоскопа.
Амплитуда сигнала на экране дефектоскопа обусловленная наименьшим
недопустимым дефектом соответствует минимальному браковочному уровню.
Если амплитуда сигнала обусловленная дефектом в объекте контроля
превышает браковочный уровень то дефект считают недопустимым.
Сварка продольного шва испытательного образца должна производиться
таким образом чтобы поверхность шва удовлетворяла требованиям п.1.4 ГОСТ
225-82 и в некоторых участках шва имелись внутренние дефекты (непровар
или цепочка шлаковых включений преимущественно в корне шва) протяженностью
не менее 40 мм и величиной соответствующей минимальному браковочному
Допускается использование сварочных испытательных образцов по ГОСТ
225-82 п.2 с искусственными дефектами в виде канавок шириной 2-25 мм и
длинной не менее 40-50 мм профрезированные по середине шва со стороны его
корня. При наличии подварки корня шва внутренний валик усиления в местах
фрезировки должен соответствовать минимальному браковочному уровню для
заданий толщины стенки трубы установленному нормативно-технической
Мероприятия по охране труда
Работы по магнитографическому контролю следует вести в соответствии с
“Техника безопасности в строительстве”:
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопов или из дефектоскопа и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и намагничивающих
устройств выполняют требования электробезопасности в соответствии со
следующими нормативными документами:
“Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей” (М.Энергия 1970)
При необходимости проверки напряжения электротока на клеммах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдают в соответствии с ГОСТ
При подготовке продольного сварного шва и проведении контроля
дефектоскописты и их помощники при движении трубы не должны находиться на
её пути к установке.
Для подъема трубы и её перемещения следует использовать средства
механизации (подъемные механизмы).
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля должны
периодически проходить инструктаж по технике безопасности с регистрацией в
специальном журнале.
Анализ литературных материалов показал что наиболее приемлемым при
контроле продольных сварных швов труб с толщиной стенки 16 мм и диаметром
20 мм является магнитографический метод.
На основе результатов расчета установлено что оптимальное значение
индукции в контролируемом сечении шва составляет 167 Тл.
На основе результатов расчета и рекомендаций литературы определены
параметры электромагнита намагничивающего устройства: сечение полюса 100(18
мм диаметр провода 2 мм число витков 1345.
Разработанные методика контроля и устройство магнитографического
контроля для ее осуществления позволяют достоверно обнаруживать дефекты
типа сплошностей: протяженные – более 10% локальные - более 25% от
Н.П. Алешин В.Г. Щербинский Контроль качества сварных работ: учеб.
пособие для сред. ПТУ.-2-е изд. перераб и доп.-М.:Высш.шк.1986.-297с.ил-
(Профтехобразование).
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к
курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 – ”Приборы и методы
контроля качества и диагностики”.-Могилев: БРУ 2008.-28 с. Составитель
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений.
А.С. Фалькевич М.Х. Хусанов – М.: Машиностроение 1966 – 176 с.: ил.
ГОСТ-25225-82. Швы сварных соединений трубопроводов.-М.
издательство стандартов1982-11 ст.
Х.Кухлинг Справочник по физике:Пер. с нем.-М.:Мир 1982.-520 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. 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. 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. 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. 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. 2060492 РФ МКИ6 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов Михайлов С.П.; Щербинин В.Е.– № 502304828;
Заявлено 1992.01.22; Опубл. 1996.05.20 Бюл.№ 172000. : 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. 2191374 РФ МКИ7 G01 N 2785. Способ неразрушающего контроля
труб Махов В.Н.; Рудник В.М.; Кузеванов В.Ф.; Булатов Ю.П.; Горкунов
Э.С.; Бондарюк Н.Н.– № 200012257528; Заявлено 2000.08.28; Опубл.
02.10.20 Бюл.№ 162004. : 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.
Белорусско-Российский
Разработка устройства и методики контроля продольных сварных швов труб

Титульник.doc

ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Физические методы контроля»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
«Приборы и методы электромагнитного контроля»
Студент: Соколов Ю. С.
Тема работы: Разработка устройства и методики контроля продольных
Работу выполнил студент: Соколов Ю. С.
Руководитель работы: Новиков В.А.

2 А1 Расчёт электромагнита.cdw

Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнито-
проводе от магнитного потока и индукции в изделии
Зависимость магнитных напряжений в зазоре U
от магнитного потока в изделии
Зависимость магнитного напряжения в магнитопро-
воде от магнитного потока в нём
Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе
Расчёт электромагнита для
намагничивания изделия
Расчётная схема электромагнита
Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Кривая намагничивания материала изделия

3 А1 Устройство для намагничивания (модернизированное).cdw

Устройство для продольного
* Размеры для справок

4 Спецификация (Соколов).spw

Устройство для контроля
продольного шва трубы
Определение оптимального
режима намагничивания
Расчёт электромагнита для
намагничивания изделия
Технологическая пластина
Болт М16х20 ГОСТ 7805-70
Шайба М30 ГОСТ 6958-78

1 А2 Графики (Сталь10, расч-графич).cdw

от индукции в контролируемом сечении
Кривая намагничивания материала
Зависимость магнитной проницаемости
Определение оптимального
(расчётное значение).
(экспериментальное значение).