Устройство для контроля сварных швов на наличие протяженных дефектов

специф. исправленая.DOC

ФоЗоПоОбозначение Наименование КолПримечан
А1 01.00.000 СБ Сборочный чертеж
А2 00.00.01Р Выбор оптимального режима
А1 00.00.02Р Расчет электромагнита
намагничивающего устройства
01.01.000 Катушка 1
01.00.003 Пластина 2
01.00.004 Полюс электромагнита 2
01.00.005 Рукоятка 2
01.00.006 Сердечник 1
Стандартные изделия
Болт М8х38 ГОСТ 7798-70 4
Винт М3х13 ГОСТ 17473-80 4
Винт М6х11 ГОСТ 17473-80 4
Винт М6х38 ГОСТ 17473--80 4
а АА Устройство для контроля
.С.Г. сварных швов на наличие
протяженных дефектов

специф исправ. 2.doc

ФоЗоПоОбозначение Наименование КолПримечан
Лента магнитная И4701-35

Намагничивающее устройтво1.cdw

Устройство для контроля
сварных швов на наличие
* Размеры для справок

графики (1 часть).cdw

от индукции в контролируемом сечении
режима намагничивания
Кривая намагничивания материала изделия

Записка моя исправленая.doc

В современных условиях сварка является самым распространённым методом
получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и
дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении.
При изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления
резервуаров и других сварных конструкций ответственного назначения
требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных соединений.
Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного цикла
любого изделия который является гарантией работоспособности и надёжности
сварных соединений и конструкций.
Современная дефектоскопия сварных соединений использует многие методы
контроля позволяющие оценивать качество соединений с различной позиции.
Наиболее совершенными из них являются методы контролирующие сплошность
металла шва и околошовной зоны без разрушения соединения. При отсутствии
несплошностей являющихся концентраторами напряжений и применения
надлежащих материалов сварные соединения могут надежно работать в самых
В последние годы развитие неразрушающей дефектоскопии сварных
соединений в основном осуществляется в следующих направлениях:
- изучение проникающего действия рентгене- и гамма-излучения
фиксируемого на специальной пленке или визуально наблюдаемого на экране;
- изучение распространения концентрированного пучка ультразвуковых
колебаний в металлических изделиях и фиксация отклонения этих колебаний в
местах несплошностей (дефектов) в сварных швах и основном металле;
- исследование магнитных полей рассеяния или различной степени
намагниченности ферромагнитных изделий в местах несплошностей фиксируемых
с помощью измерительных приборов перемещения частиц железного порошка или
«записей» на магнитной ленте.
Каждое из этих направлений развития дефектоскопии сварных соединений
осуществляется в виде целого ряда физических методов контроля имеющих
определенную область применения [1].
Качество сварных соединений проверяют выборочными разрушающими
испытаниями на прочность и неразрушающими испытаниями с помощью
радиационных ультразвуковых магнитных и других методов контроля.
Проведенные в последние годы исследования показывают что качество
сварных соединений колеблется в широких пределах и по отдельным отраслям
промышленности и строительства может быть весьма низким.
Растущие требования к качеству продукции выдвинули задачу подготовки
специалистов владеющих необходимой совокупностью знаний технологий
аппаратуры контроля и вопросов организации управления качеством
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и методику
магнитного контроля сварных швов аттестационных образцов сварщика.
Для этого необходимо выполнить следующее:
провести анализ характеристик объекта контроля;
выбрать оптимальную схему намагничивания;
изучить особенности работы магнитной ленты при
магнитографическом контроле;
произвести расчёт и разработать конструкцию устройство для
Разработанное устройство должно с одной стороны обеспечивать
минимальную трудоемкость и минимальные затраты на его изготовление а с
другой – максимальную достоверность и производительность контроля.
Характеристика объекта контроля
В качестве объекта контроля выступает сварной шов аттестационных
образцов сварщика с размерами 600×250×10 мм. Образцы изготовлены из стали
Г2. Сварной шов выполнен в соответствии с ГОСТ 8713-79.
Сталь 09Г2 является низколегированным ферромагнетиком. Используется
при изготовлении деталей вагоностроения экскаваторов элементов сварных
металлоконструкций и других деталей работающих при температуре от -40° до
Сварка стали 09Г2 производится без подогрева и без последующей
термообработки что даёт ей преимущество перед рядом других марок сталей
Недопустимыми дефектами являются поры и шлаковые включения глубиной
более 20% от толщины непровары - более 10% от толщины.
Качество сварных соединений в значительной мере определяет
эксплуатационную надежность и экономичность конструкций. Наличие в сварных
соединениях дефектов может привести к нарушению герметичности прочности и
других эксплуатационных характеристик изделия а при некоторых
обстоятельствах и вызвать аварию. Работы по контролю качества изделия
выявлению и устранению дефектов трудоемки и существенно влияют на стоимость
продукции. Снижение вероятности образования дефектов даже за счет
увеличения затрат экономически целесообразно.
Обоснование выбора метода контроля
Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных полей
рассеяния возникающих при наличии различных дефектов сплошности в
намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов.
По способу получения первичной информации существуют следующие методы
магнитного вида контроля:
- магнитопорошковый;
- магнитографический;
- магниторезисторный;
- магнитополупроводниковый.
Рассмотрим преимущество и недостатки этих методов контроля в
Недостатками магнитопорошкового метода являются: низкая
производительность низкая чувствительность для дефектов находящихся на
большой глубине; стекание магнитной суспензии с объекта контроля. Так как
магнитопорошковый метод является индикаторным поэтому он не позволяет
даже приближенно оценить величину дефекта.
Индукционный метод – требует высокой скорости перемещения
преобразователя при контроле в приложенном поле [4].
Для магнитографического метода контроля характерна особая
чувствительность при выявлении протяженных поверхностных и подповерхностных
дефектов объекта контроля. Этот метод безопасен для обслуживающего
персонала и позволяет многократно использовать магнитные ленты.
Главным недостатком магнитографического метода является возможность
фиксации ложных сигналов при наличии грубой чешуйчатости и других
неровностей поверхностей сварного шва. Поэтому в настоящее время 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).
Оставшиеся методы: феррозондовый эффект Холла индукционный - можно
использовать на грубых поверхностях при этом минимальная глубина
выявляемых дефектов составляет трехкратную высоту шероховатости
Феррозондовый и индукционный метод метод эффекта Холла удобно
применять для контроля цилиндрических изделий.
Таким образом анализируя существующие методы контроля и основываясь на
том что выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность
достоверность контроля производительность удобство в эксплуатации и
наглядность приходим к выводу что наиболее приемлемым методом контроля
сварных швов аттестационных образцов является магнитографический. Потому
что он обладает высокой чувствительностью производительстью позволяет
судить о размерах обнаруженных дефектов позволяет отстроиться от ложных
сигналов обусловленных поверхностными неровностями и структурными
неоднородностями и позволяет многократно использовать магнитные ленты.
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля
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
усиления шва тем слабее намагничен шов. Особенно малая индукция в
плоскости симметрии шва. Поэтому выявляемость дефектов расположенных в
указанном сечении шва наихудшая. Расчетным и экспериментальным путем было
показано что при неизменном значении напряженности намагничивающего поля
одинаковым значениям обобщенного параметра шва ( = ВС всегда соответствуют
одинаковые значения напряженности поля в плоскости симметрии шва. Это
значит что предварительный режим намагничивания при магнитографическом
контроле необходимо устанавливать в зависимости от ([5].
Чувствительность магнитографического контроля сварных соединений
зависит не только от величины поля дефекта но и от его градиента. При этом
влияние размеров валика шва на чувствительность метода наиболее точно можно
учесть с помощью обобщенного параметра R0 = B28C - радиуса кривизны валика
шва в плоскости его симметрии. Чем меньше R( тем ниже чувствительность
контроля сварных соединений [6].
На магнитную ленту в процессе магнитографического контроля стыковых
сварных соединений (при поперечном намагничивании) записывается в основном
суперпозиция магнитных полей следующих видов: тангенциальные составляющие
внешнего намагничивающего поля H(о поля изделия (без валика шва) Н(и поля
валика шва Н(v и поля дефекта Н(d. Полями обусловленными термическими
неоднородностям неоднородностями химического состава и чешуйчатостью при
контроле сварных соединений изделий из низкоуглеродистых и
низколегированных сталей выполненных автоматической сваркой под флюсом
можно пренебречь. Тангенциональная составляющая поля дефекта с увеличением
глубины его залегания претерпевает не только количественное но и
качественное изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта H(d
из колоколообразной трансформируется в двугорбую максимумы которой
смещаются к краям валика шва. Это обуславливает появление в шве областей
качественно разной выявляемости дефектов [5].
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции в
контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля в
зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной индукции.
Указанные недостатки во многом устраняются а чувствительность
контроля сварных швов значительно повышается если концентраторы магнитной
индукции расположить на высоте С + ( от поверхности контролируемого изделия
на расстоянии друг от друга равном ширине шва где С - высота валика шва
( ( ( 4мм [89]. При этом вследствие того что на валик шва воздействует
неоднородное дополнительное подмагничивающее поле (у середины шва сильнее
чем у краев) шов в поперечном направлении оказывается намагниченным более
равномерно. Это приводит к повышению достоверности метода.
С уменьшением расстояния между концентраторами магнитной индукции
создаваемая ими напряженность поля вначале возрастает достигая
максимального значения при l = 4..5 мм а затем убывает. При описанном выше
способе магнитографического контроля максимальное значение напряженности
намагничивающего поля ограничивается шириной шва: если расстояние между
рабочими гранями концентраторов магнитной индукции будет меньше чем ширина
шва то на сигналограмме будут наблюдаться помехи величина которых может
превосходить сигналы от недопустимых дефектов.
В [7] предложено расстояние между рабочими гранями концентраторов
магнитной индукции в намагничивающем устройстве установить 6 - 8 мм а при
контроле судить только о качестве участка шва находящегося в плоскости
симметрии валика и его окрестностях ((2м м) т.к. по статистическим данным
около 90 % дефектов сплошности располагается в плоскости симметрии шва. О
качестве остального шва можно судить и по результатам традиционного способа
магнитографического контроля : шов у краев намагничен обычно достаточно для
уверенного обнаружения дефектов.
В [8] предлагается концентраторы магнитной индукции
расположить на расстоянии 4 ( 5 мм друг от друга и перемещать вместе с
намагничивающем устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии
подмагничивающей системы под углом не более 10° к продольной оси шва.
Магнитную ленту необходимо при этом располагать с обратной стороны шва. В
этом случае могут обнаруживаться непровары величиной 5 % и более от толщины
Описанные выше способы магнитографического контроля предназначены
для обнаружения протяженных дефектов в шве (трещин непроваров подрезов
цепочек пор). Чувствительность метода при этом максимальна т.к. вектор
напряженности намагничивающего поля перпендикулярен направлению
распространения дефекта. Локальные дефекты (одиночные поры шлаковые
включения) не имеют такой преимущественной ориентации: в плоскости изделия
они имеют округлую форму. Чувствительность контроля реальных сварных швов
на наличие таких дефектов составляет 80 ( 100 %.
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых
включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси[9].
При этом вследствие снижения размагничивающего фактора сварной шов
окажется намагниченным значительно сильнее. Максимальная амплитуда сигнала
обусловленного дефектом будет иметь место если ленту считывать вдоль
линии намагничивания.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода
в [10] предложено контролируемый объект намагничивать вдоль направления
распространения цепочки пор во многих случаях ориентация дефектов
известна) а считывание записи с ленты осуществлять вдоль линии
намагничивания. При этом разрешающая способность метода возрастает 10 ( 40
раз удается различить две находящиеся под краской или заполненные шлаком
поры наружной поверхности даже в том случае если они перекрываются.
Повышение разрешающей способности метода в этом случае можно объяснить
следующим. При режимах обеспечивающих высокую чувствительность метода
поля локальных дефектов оказываются вытянутыми в направлении
перпендикулярном вектору напряженности поля. Линии равных значений
тангенциальной составляющих полей пор и шлаковых включений имеют вид
эллипсов большие оси которых ортогональны направлению намагничивания.
Одним из путей повышения чувствительности контроля является от-стройка
от помех обусловленных валиком шва поверхностными неровностями и
структурными неоднородностями контролируемого объекта. Например от помех
обусловленных валиком шва и краями ленты можно отстроиться если применить
две совмещенные магнитные головки с дифференциальной схемой включения
обмоток [11]. 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 [12].
Наиболее близким по совокупности существенных признаков является
способ [13] 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
Известен способ магнитографического контроля [14] где на изделие
укладывают магнитную ленту однократно намагничивают ее совместно с
изделием в поперечном длине ленты направлении магнитным полем величину
напрженности Hо которого определяют по эмпирическим таблицам учитывающим
магнитные свойства ленты толщину изделия и другие факторы снятую с
изделия ленту сканируют построчно в поперечном ее длине направлении
индукционной головкой сигнал головки подают на осциллограф и о наличии
дефектов судят по изображению на экране. Способ применяется для контроля
изделий сварных швов и пр. толщиной до 20-25 мм и должен обеспечивать
выявление дефектов в 5-10% и более от толщины стенки.
Недостатком способа [14] 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 неразрушающего контроля изделий из ферромагнитных
материалов [15] заключающийся в том что к контролируемому участку
предварительно намагниченного изделия прикладывается магнитная лента далее
с нее считывается магнитограмма по которой затем выявляется наличие
дефекта и определяется его местонахождение.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в [16] 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 [17] для повышения достоверности контроля за счет определения его
раскрытия изделие намагничивают дважды регистрируя поле дефекта при
различных значениях напряженности поля.
Известен способ который может быть использован при контроле качества
сварных соединений выполненных сваркой плавлением.
Целью изобретения (рисунок 4.1) является повышение чувствительности
при контроле стыковых сварных швов за счет снижения помех и увеличение
уровня намагничивающего поля.
Рисунок 4.1 – Намагничивающее устройство для продольного
Способ контроля состоит в том что намагничивают сварной шов с
прилегающей околошовной зоной считывают топографию магнитного рельефа
контролируемого участка и по магнитограмме определяют наличие дефектов. С
целью повышения чувствительности и достоверности определения дефектов
округлой формы намагничивание осуществляют вдоль шва а величину
намагничивающего поля выбирают в диапазоне 50–90 Асм.
Также существует намагничивающее устройство для реализации
вышеописанного метода. Намагничивающее устройство содержит установленный на
колёсах электромагнит с П-образным сердечником полюса которого имеют в
средней части проёмы (рисунок 4.1). С целью повышения чувствительности при
контроле стыковых сварных швов электромагнит перемещают вдоль шва и
ориентируют его таким образом чтобы противолежащие точки пластин
образующих рабочий зазор располагались на границе шва.
Анализ литературных источников включая патенты на изобретения
показал что целесообразно производить раздельный контроль сварных швов на
наличие протяжённых и локальных дефектов. В первом случае сварной шов
необходимо намагничивать в поперечном направлении используя при
неблагоприятных размерах выпуклости шва концентраторы магнитной индукции
во втором случае – в продольном направлении считывая запись с ленты вдоль
направления её остаточной намагниченности.
Анализ литературных источников с целью разработки или
модернизации оборудования
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 типа намагничивающих
клещей НК поясов НП и вилок НВ.
В целях разработки устройства для контроля аттестационных образцов
толщиной 10 мм более подробно рассмотрим подвижные намагничивающие
В подвижных намагничивающих устройствах ПНУ применен принцип
одновременного создания однородного магнитного потока на участке
значительной протяженности. Устройство состоит из двух стальных полюсов
скрепленных стальными сердечниками на которых размещаются одна или две
катушки. Стальной каркас с катушками опирается на четыре колеса из
немагнитного материала . Колеса расположены таким образом что при
установке намагничивающею устройства на контролируемое изделие между
полюсными наконечниками и поверхностью изделия образуется воздушный зазор в
—3 мм. На одном из полюсов магнита размещены и клеммы токоподвода и
пакетный выключатель. 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 (150—200 мм) ПНУ
обеспечивает одновременное намагничивание участка шва с минимальным
«растеканием» магнитного потока и эффективное выявление дефектов. Воздушный
зазор хотя и вызывает потери потока но позволяет легко перемещать ПНУ по
поверхности изделия.
При одностороннем контроле сварного шва для повышения чувствительности
метода можно использовать подмагничивающую систему в виде подковообразного
магнита либо в виде двух пластин прямоугольного сечения рабочие
поверхности которых расположены на одинаковых расстояниях от зоны перехода
шва к основному металлу причем расстояние между концентраторами магнитной
индукции выбирают из условия возникновения максимально допустимых помех на
Таким образом для повышения чувствительности контроля следует
использовать П-образные электромагниты с длинной полюсов не менее 160 мм а
также на современном этапе для обработки полученной информации можно
включить в дефектоскоп микропроцессорное устройство с помощью которого
можно добиться наилучшего отстранения от шумов тем самым получать сигналы
от дефектов с высокой точностью.
Для обнаружения протяжённых дефектов намагничивание шва целесообразно
осуществлять цепочкой электромагнитов перемещаемых вдоль сварного шва с
помощью ферромагнитных роликов. Это позволяет уменьшить растекание
магнитного потока в изделии и повысить чувствительность контроля вследствие
увеличения индукции в контролируемом сечении объекта.
Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
1 Расчет оптимального режима намагничивания при магнитографическом
контроле ферромагнитных изделий
Для расчета намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное
значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля. Расчет
выполним по методике.
Расчёт выполним по методике изложенной в [20].
Расчёт начинается с построения кривой намагничивания материала
контролируемого изделия B=f(H) (рисунок 6.1). Данные для построения кривой
намагничивания берутся из таблицы [20].
Рисунок 6.1 – Кривая намагничивания материала изделия
Используя данные построенной кривой строим зависимость [pic] (рисунок
где (0 =4·(·10-7Гнм.
Рисунок 6.2 – Зависимость [pic] от индукции в контролируемом
Расчет оптимального режима сводится к отысканию максимального
приращения производной на падающей (правой) ветви данной кривой.
Максимальное приращение производной [pic]([pic]( и находится в месте
перегиба кривой функции ((В) на ее ниспадающей ветви ( в этой точке
[pic]2([pic](2 = 0).
По приближенным формулам определяют [pic]([pic]( и [pic]2([pic](2
используя значение ( нисходящей ветви кривой ((В) для точек Вi(h2 и Вi(h.
где h – шаг выбора значения .
Оптимальному режиму намагничивания соответствует минимум функции
[pic]([pic]( (рисунок 6.3) и точка пересечения графика функции
[pic]2([pic](2 с осью абсцисс (рисунок 6.4).
Рисунок 6.3 – Зависимость [pic]([pic]( от индукции в контролируемом
Рисунок 6.4 – Зависимость [pic]2([pic](2 от индукции в
контролируемом сечении
Полученное значение Вопт р=1367 Тл является расчётным и ниже
значения полученного экспериментально на 10 20%. Учитывая это получаем
оптимальный режим намагничивания Вопт э=164 Тл.
Графики изображённые на рисунках 6.1-6.4 также приведены на чертеже
2 Расчет электромагнита для намагничивания изделий в процессе
Расчёт выполним по методике описанной в [18].
Целью расчёта является определение намагничивающей силы IW устройства
для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в обмотке W –
число витков обмотки электромагнита.
Размеры намагничивающего устройства выбираем конструктивно учитывая
что толщина полюсов электромагнита должна быть в 2-3 раза больше толщины
стенки намагничиваемого изделия.
Исходя из задания толщина стенки контролируемого изделия b=10 мм
выбираем толщину полюсов электромагнита d=30 мм. Расстояние между полюсами
электромагнита L=160 мм высота h=130 мм длина C=200 мм (рисунок 6.5).
Рисунок 6.5 – Расчётная схема электромагнита
Рисунок 6.6 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Из закона Кирхгофа следует:
где Hi Ii – падение магнитного напряжения на участке магнитной цепи.
Рассматриваем сумму падений магнитных напряжений в изделии UИ в
зазорах UY в магнитопроводе UП
где L – длина средней линии изделия;
d – толщина полюсов;
Фи – магнитный поток в изделии;
b – толщина изделия.
Строим кривую намагничивания материала изделия (рисунок 6.5).
Используя выражения (6.5) по 6-8 значениям Hu и Bu взятым с кривой
намагничивания строим зависимость Uu = f(Фu) а затем зависимость Uу =
f(Фu) в той же системе координат (рисунок 6.7).
где H0 – напряжённость поля в зазоре;
– толщина суммарного зазора равная 1 мм
Рисунок 6.7 – Зависимость магнитных напряжений в зазоре Uy и в изделии
Uu от магнитного потока в нём
Затем строим кривую падения магнитного напряжения в магнитопроводе в
зависимости от потока в нём Un=f(Фn) (рисунок 6.8).
где Фп – магнитный поток в магнитопроводе.
Рисунок 6.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в нём
Значение Вn и Нn определяют по кривой намагничивания материала
магнитопровода. Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в нем представлена на рисунке 6.8.
Чтобы пересчитать Un в зависимости от Фn запишем уравнение Кирхгофа
для точки М эквивалентной электрической схемы на рисунке 6.6.
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходной
Так как отношение потоков ФИ и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям RАВ+Rу и RF то
где RF – магнитное сопротивление потока рассеивания между полюсами
электромагнита;[pic]
Сопротивление потока рассеивания между полюсами электромагнита[pic]
где GF – проводимость участка между полюсами намагничивающего
устройства и рассчитывается по формуле
GF = (0·( hF ·xF+yF)
hF=0.13 – 0.03=0.1 м
GF = (0(0.11.97+0.111)=3.875*10-7 Гн
Из формул (6.8) и (6.9) следует:
где Ви и Ни – соответствуют оптимальному режиму намагничивания:
Путем пересчета с использованием формулы (6.16) из последнего графика
получают зависимость Un = f(Фu) (рисунок 6.9). Затем суммируя Uu Uy Un
получают зависимость U( = f(Фu) (рисунок 6.10). Зная сечение изделия
строят вторую ось (Вu) т.е. аналогичную зависимость U( = f(Вu) где Вu =
Рисунок 6.9 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в изделии
Рисунок 6.10 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
Зная значение Вопт=164 Тл в контролируемом сечении определяем U1 по
Затем с учетом коэффициента заполнения Кз = 04 и площади S окна
занимаемого всеми витками катушки определяем число витков обмоточного
провода задаваясь тремя диаметрами проволоки d=1 2 и 3 мм
где S = 0.8·L(h – d).
Принимаем число витков обмоточного провода равным W=724.
Далее определяем величину тока в катушке по известным намагничивающей
силе и числу витков (формула 6.19)
Так как расчет выполнен для случая контроля плоских изделий и не
учитывает растекания магнитного потока в изделии поэтому ток нужно
увеличить в 6 8 раз. Соответственно получим:
Определяем электрическое сопротивление обмотки по следующей формуле
где lср – средняя длина витка провода в катушке
( – удельное электрическое сопротивление.
Определяем потребляемую мощность:
Во всех 3 случаях (для разных диаметров и числа витков) мощность
получилась одинаковой 91.082 Вт. Это означает что мощность не зависит от
диаметра провода. Выбираем диаметр проволоки исходя из приемлемого числа
В этом пункте было расчётным путём определено оптимальное значение
магнитной индукции в контролируемых сечениях объекта Bопт=164 Тл. На
основе полученных расчётов и литературы определены параметры электромагнита
намагничивающего устройства: число витков провода диаметром 3 мм – 724
сечение полюса 130х30 мм.
Устройство позволяет определять достоверно протяженные дефекты
глубиной свыше 10 % локальные - более 20 %.
Описание устройства для контроля и принцип его действия
Устройство для контроля сварных швов аттестационных образцов сварщика
представлено на чертеже 01.00.000 СБ.
Устройство состоит П-образного сердечника на котором намотана
обмотка колеса для перемещения по изделию закрепленные на осях во втулках
опор посредством винтов подмагничивающей системы в виде пластин имеющих
скос под углом. Пластины закреплены с возможностью перемещения в
вертикальном направлении а полюсы электромагнита – с возможностью
перемещения в горизонтальном направлении.
Контроль проводится следующим образом. На поверхность контроля со
сварным укладывают магнитную ленту и устанавливают намагничивающее
устройство с пластинами подмагничивания образующими рабочий зазор между
собой перемещают устройство по контролируемой поверхности вдоль шва так
чтобы направление перемещения и продольной оси зазора между пластинами
составляли заданный угол α а в процессе перемещения электромагнита вдоль
шва ориентируют его так чтобы противолежащие точки проекции пластин
образующих рабочий зазор располагались на границах шва. После
намагничивания проводят считывание магнитограммы по результатам
расшифровки которой определяют качество шва.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и
околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой указанной
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт
используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 8.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная границе
раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а
ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности
то на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в [21] выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с
коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту в
межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем
Закрепить ленту в накопительной кассете.
Подвести установку к объекту контроля.
Осуществить привязку магнитной ленты к объекту контроля (отметить
начало шва номер изделия).
При контроле использовать технологические пластины представляющие
собой продолжение полотнища по которому двигается устройство и
устанавливаются у начала и конца шва.
Технологические пластины изготовлены из того же материала и такой же
толщины что и контролируемое изделие
Произвести настройку магнитографического дефектоскопа по эталонной
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым
Разработка метрологического обеспечения средств контроля
Метрологическим обеспечением называют установление и применение
научных и организационных основ технических средств правил и норм
необходимых для достижения единства и требуемой точности измерения.
Для настройки чувствительности дефектоскопов используются
испытательные образцы и контрольная магнитограмма. Испытательные образцы
служат для изготовления контрольных магнитограмм.
Испытательные образцы должны быть изготовлены для каждой толщины
объекта контроля и марки стали труб качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом. Если на данном объекте контроля применяются
металлические трубы различной поставки но из стали с одинаковыми или
близкими структурами химического состава и магнитного свойства то
изготавливается один общий испытательный образец для труб из этих сталей с
одинаковой толщиной.
Глубину искусственных дефектов выбирают равной минимальному
браковочному уровню для заданной толщины объекта контроля в соответствии с
требованиями СНиП Ш-42-80. На поверхности испытательного образца должны
быть отмечены краской расположение и границы участков имеющих дефекты с
указанием вида и величины этих контрольных дефектов. Каждый испытательный
образец должен быть проверен и принят комиссией.
Контрольная магнитограмма служит для настройки чувствительности
Контрольные магнитограммы записывают на испытательных образцах путем
намагничивания их теми же устройствами и при тех же режимах которые
применяются для контроля образца.
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 недопустимым. Настройку чувствительности
магнитографического дефектоскопа следует проводить перед каждым началом
Мероприятия по охране труда
Работу по магнитографическому контролю следует вести в соответствии
- СниП Ш-4-60 “Техника безопасности в строительстве”;
- “Правил техники безопасности при производстве металлических
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопистов или из дефектоскописта и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и
намагничивающих устройств выполняют требования электробезопасности в
соответствии со следующими нормативными документами:
- ГОСТ 12.1.013 – 78;
- ГОСТ 12.1.019 – 79;
- “Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей” (М. Энергия 1970).
При необходимости проверки напряжения электротока на клемах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдать в соответствии с ГОСТ
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля
сварных стыков металлических листов должны периодически проходить
инструктаж по технике безопасности с регистрацией в специальном журнале
Проанализировав существующие методы контроля и основываясь на том
что выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность
сварного шва аттестационных образцов сварщика является магнитографический
так как он обладает высокой чувствительностью производительстью позволяет
Для обнаружения протяжённых дефектов намагничивание шва
целесообразно осуществлять цепочкой электромагнитов перемещаемых вдоль
сварного шва с помощью ферромагнитных роликов. Это позволяет уменьшить
растекание магнитного потока в изделии и повысить чувствительность контроля
вследствие увеличения индукции в контролируемом сечении объекта.
Устройство для намагничивания шва с целью обнаружения локальных
дефектов рационально выполнить в виде одиночного электромагнита полюсы
которого содержат проёмы глубиной не менее 50 мм для прохождения в них шва
с уложенной на его поверхность магнитной лентой при перемещении устройства.
Расчётным путём определено оптимальное значение магнитной индукции в
контролируемых сечениях объекта Bопт=164 Тл. На основе результатов
расчётов и рекомендованной литературы определены параметры электромагнита
Разработано устройство для магнитографического метода
контроля швов на наличие локальных дефектов содержащее электромагнит
постоянного тока установленный на ферромагнитных роликах механизм
перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия
Устройство позволяет намагничивать сварное соединение в продольном
направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществлять перемотку
магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения
устройства осуществлять прижим ленты к контролируемому шву.
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных
швах поры и шлаковые включения глубиной более 20% от толщины
контролируемого изделия непровары – более 10% от толщины.
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений А.С.
Фалькевич М.Х. Хусанов.– М.: Машиностроение 1966.
Волченко В. Н. Контроль качества сварки. – М.:
Неразрушающий контроль: Практ. Пособие Т2 Под ред. В. В.
Сухорукова. – .М: Высш. шк. 1991. – 283 с.; ил.
Новиков В.А. Исследование магнитографического метода контроля
стыковых сварных соединений с целью повышения его разрешающей способности:
Дис канд. техн. наук: 01.04.11.– Защищена 22.03.85; Утв. 07.08.85;
3272 – Сведловск.1985– 206 с.: ил.
Шарова А.М. Чувствительность магнитографического контроля качества
сварных соединений низкоуглеродистых сталей А.М. Шарова Д.А. Роговин
В.П. Куликов Автоматическая сварка.–1973.–№3.–С.39–42.
А.с. 1797033 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №492802628;
Заявлено16.04.91; Опубл. 23.02.93; Бюл. №7.– 6 с.
А.с. 1672345 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля стыковых сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №
1996628;Заявлено 14.12.88; Опубл.23.08.91 Бюл.№31.– 6 с.: ил.
А.с. 1767408 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Новиков В.А. Романов
(СССР).–№482948228; Заявлено 28.05.90; Опубл. 07.10.92; Бюл. №37.– 6 с.:
контроля В.А. Новиков (СССР).–№ 4619966; Заявлено 02.01.89; Опубл.
09.91 Бюл.№34.– 8 с.: ил.
Козлов В.С. Физика магнитографической дефектоскопии.–Мн.: Наука и
техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии.–Мн.: Вышэйшая
школа 1976.–280 с.: ил.
А.с №433393 СССР МКИ2 G 01N2782 Намагничивающее устройство для
магнитной дефектоскопииБ.А.Алексеев (СССР)-№258109228; Заявлено
04.74; Опубл. 3.02.75 Бюл №23-8с:ил.
А.с. 2097758 РФ МКИ6 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий с поверхностью малой кривизны из магнитомягких сталей
Михайлов С.П.– № 9302689628; Заявлено 1993.05.07; Опубл. 1997.11.27 Бюл.№
А.с. 2160441 РФ МКИ7 G01 N 2785 G01 N 2782 G01 R 3324. Способ
неразрушающего контроля ферромагнитных материалов Беляев Б.А.; Лексиков
А.А.; Макиевский И.Я.; Овчинников С.Г.– № 9811913228; Заявлено 1998.10.21;
Опубл. 2000.12.10 Бюл.№ 232002. : ил.
А.с. 1506346 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля стыковых сварных соединений В.А. Новиков (СССР).–
№423026925–28; Заявлено 27.01.87; Опубл. 07.09.89 Бюл.№ 33.– 6 с.: ил.
А.с. 418786 СССР МКИ2 G01 N 2782. Намагничивающее устройство для
магнитографической дефектоскопии А.М. Шарова Д.А. Роговин В.П. Куликов
(СССР).– №210990128; Заявлено 22.03 72; Опубл. 02.02.73 Бюл. №5.–8 с.:
А.с. 1672345 СССР МКИ3 G01 N2785 Способ магнитографического
контроля В. А. Новиков. №5619996628; заявлено 14.12.88; опубл. 23.08.91.
А.с. 1786418 СССР МКИ3 G01 N2785 Намагничивающее устройство для
магнитографической дефектоскопии В. А. Новиков В. А. Романов. №486936528;
заявлено 21.09.90; опубл. 07.01.93. Бюл. №1 3с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания
к курсовой работе для студентов специальности 20 01 02 – “Приборы и методы
контроля качества и диагностики”. – Могилев 2008. – 28с.
Постановка задачи 5
Характеристика объекта контроля 6
Обоснование выбора метода контроля 7
Анализ литературных источников с целью выбора способа
Анализ литературных источников с целью разработки или
модернизации оборудования 14
Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля 16
1 Расчет оптимального режима намагничивания при
магнитографическом контроле ферромагнитных изделий 16
2 Расчет электромагнита для намагничивания изделий в процессе
Описание устройства для контроля и принцип его действия 27
Разработка методики монтроля 28
Разработка метрологического обеспечения средств контроля 30
Мероприятия по охране труда 31
Список литературы 34
Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования и науки РФ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛОРУССКО-РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Физические методы контроля»
Приборы и методы электромагнитного контроля
Разработка устройства и методики магнитного контроля сварных
швов аттестационных образцов сварщика
Пояснительная записка
Разработка устройства и методики магнитного контроля сварных швов
аттестационных образцов сварщика

графики (2 часть).cdw

Зависимость магнитных напряжений в зазоре U
от магнитного потока в изделии
Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе U
от магнитного потока в нем
Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе U
потока и индукции в изделии
Следствие закона Кирхгофа
Формула для нахождения падения
магнитного напряжения в изделии
Формула для нахождения магнитного
напряжения в зазорах
напряжения в магнитопровод
Формула для пересчета U
Расчет электромагнита
намагничивающего устройства
Расчетная схема намагничивающего устройства
Эквивалентная электрическая схема намагничивающего устройства
Сечение полюса 130х30 мм число витков диаметром d=3 мм - W=724.