Устройство для продольного намагничивания сварных швов

1устройство2спец.frw

записка.doc

Уровень промышленного развития передовых стран на современноэтапе
характеризуется не только объемом производства и ассортиментом
выпускаемой продукции но и показателями ее качества.
Чтобы обеспечить высокое качество продукции необходимо повысить
уровень её контроля. В энергетике машиностроении авиации судостроении
химии на транспорте и в ряде других отраслей объём контрольных операций
очень велик. Трудоемкость контроля некоторых изделий составляет 15-20 %
общих затрат на их изготовление. Однако затраты на контроль быстро
окупаются за счет снижения производственных и эксплуатационных расходов
повышения ресурса работы оборудования.
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
продукции. 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 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 сварка является самым распространённым методом
получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и
дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении. При
изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления корпусов
кораблей резервуаров и других сварных конструкций ответственного
назначения требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных
Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного цикла
любого изделия (сварное соединение) который является гарантией
работоспособности и надёжности сварных соединений и конструкций. В связи
с этим большое значение для повышения качества изготовляемых конструкций
приобретают методы неразрушающего контроля. Применяя средства
неразрушающего контроля можно полностью автоматизировать многие процессы
изготовления изделий повысить производительность труда и качество
выпускаемой продукции.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля полотнищ на наличие протяженных дефектов в
- эскиз объекта контроля;
- материал – сталь Ст 10;
- сварные швы выполнены автоматической сваркой под флюсом;
- минимальная глубина недопустимых дефектов: протяжённых – 10%
локальных – 20% от толщины;
- программа – 400 шт.год.
Для этого необходимо провести анализ характеристик объекта контроля;
выбрать оптимальный метод и способ контроля; выполнить компоновку расчёт и
разработку оборудования для контроля; описать устройство для контроля и
принцип его действия; разработать методику контроля; разработать
метрологическое обеспечение средств контроля.
Разработанное устройство должно обеспечивать максимальную
достоверность и производительность контроля минимальную трудоёмкость и
минимальные затраты на его изготовление.
Характеристика объекта контроля
Объект контроля представляет собой двустороннее сварное соединение
полотнища (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Объект контроля
Полотнище изготовлено путём сваривания листов стали и имеет габаритные
Материал из которого изготавливается полотнище – сталь Ст 10.
Основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в
местах сварных соединений и будут представлять собой поры различные
включения непровары трещины дефекты сплошности. Минимальная глубина
недопустимых дефектов: непроваров - 10% от толщины основного металла пор и
шлаковых включений –20% от толщины основного металла.
В курсовой работе необходимо выполнить расчёт оптимального режима
намагничивания рассчитать магнитную цепь состоящую из объекта контроля и
намагничивающего устройства. Определить параметры намагничивающего
устройства такие как геометрическая форма и размеры магнитопровода
количество витков обмотки и диаметр провода мощность устройства и др.
Необходимо так же выбрать тип магнитной ленты для магнитографического
контроля изделия [1].
Программа – 400 шт.год.
1 Дефекты сварных соединений объекта и их влияние на
работоспособность конструкции
Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварного соединения и
нередко являются причиной преждевременного разрушения сварных конструкций.
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 их качества.
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.
Поры – это газовые пустоты в металле шва. Газовые поры образуются в
результате перенасыщения жидкого металла газами которые не успевают выйти
на поверхность во время его быстрой кристаллизации и остаются в нем в виде
пузырьков. Размер внутренних пор колеблется от нескольких микрометров до 2-
мм в диаметре. Поры могут быть распределены в шве в виде отдельных
включений в виде цепочки по продольной оси шва или отдельными группами.
Поры если их суммарная площадь в сечение шва составляет 5-10 %
практически не влияют на статическую прочность соединения. Для конструкций
работающих в условиях статического нагружения допускается площадь пор не
более 7% расчетного сечения шва а для конструкций работающих при
вибрационных нагрузках - не более 4-5%. Поры расположенные в виде цепочки
в середине или на краях шва оказывают более значительное влияние на
прочность чем большая пористость но при беспорядочном расположении пор.
Включения в металле шва – это небольшие объемы заполненные
неметаллическими веществами. Они достигают нескольких миллиметров и могут
быть различной формы. Влияние одиночных включений на работоспособность
конструкций примерно такое же как и пор.
Непровары – дефекты сварных швов заключающиеся в отсутствии
сплавления между металлом шва и основным металлом. Различают непровары
по кромке и непровары по сечению. Первые оказывают большее влияние на
прочность шва. В этом случае между металлом шва и основным металлом обычно
обнаруживаются тонкие прослойки оксидов. Непровары снижают
работоспособность сварного соединения за счет ослабления рабочего сечения
создают концентрацию напряжений в шве. В конструкциях работающих на
статическую нагрузку непровар величиной 10-15% толщины свариваемого
металла не оказывает существенного влияния на эксплуатационную прочность.
Однако он является опасным дефектом если конструкция работает при
вибрационных нагрузках.
Трещины – это частичное местное разрушение сварного соединения. Чаще
всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях они могут
располагаться вдоль и поперек сварного соединения а также в основном
металле в местах пересечения и сосредоточения швов. Трещины – наиболее
опасный дефект сварных швов. Они являются сильными концентраторами
напряжений. Трещины по существующим правилам контроля являются недопустимым
Несплавление – это дефект когда наплавленный металл сварного шва не
сплавляется с основным металлом или с ранее наплавленным металлом
предыдущего слоя того же шва.
Таким образом основные виды дефектов которые нас интересуют будут
располагаться в местах сварных соединений и будут представлять собой поры
различные включения непровары трещины несплошности. Тип дефектов:
протяженные локальные. Согласно техническому условию недопустимыми для
данного вида изделия являются протяжённые дефекты глубиной более 10% поры
и шлаковые включения – больше 20% от толщины изделия.
Обоснование выбора метода контроля
Важнейшими характеристиками технических возможностей методов контроля
являются: чувствительность и разрешающая способность метода достоверность
результатов контроля надежность аппаратуры и простота технологического
процесса контроля производительность контроля.
Чувствительность метода определяется наименьшими размерами выявляемых
дефектов: а) у поверхностных – шириной раскрытия у выхода на поверхность
протяженностью в глубь металла и по поверхности детали; б) у глубинных –
размерами дефекта с указанием глубины залегания. Чувствительность зависит в
основном от особенностей метода неразрушающего контроля (НК) технических
данных применяемой аппаратуры и дефектоскопических материалов чистоты
обработки поверхности контролируемой детали ее материала условий контроля
Разрешающая способность дефектоскопа определяется наименьшим
расстоянием между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами для
которых возможна их раздельная регистрация.
Достоверность результатов дефектоскопического контроля определяется
вероятностью пропуска деталей с явными дефектами или необоснованной
браковкой годных деталей.
При выборе метода неразрушающего контроля конкретных деталей и узлов
необходимо учитывать кроме специфических особенностей и технических
возможностей каждого метода следующие факторы: характер дефекта и его
расположение условия работы деталей и ТУ на отбраковку материал детали
состояние и чистоту обработки поверхности форму и размер детали зоны
контроля доступность детали и зоны контроля условия контроля
чувствительность контроля.
Специфические особенности каждого вида неразрушающего контроля делают
необходимым проведение анализа 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 объектом контроля;
-по первичному информативному параметру физического поля;
-по способу получения первичной информации.
Проанализируем различные методы неразрушающего контроля с точки
зрения возможности их применения для обнаружения дефектов в сварных швах
Так как обнаружению подлежат внутренние дефекты то оптические методы
для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для обнаружения
дефектов в сварных конструкциях тепловых методов. Остановимся более
подробно на анализе акустических вихретоковых радиационных и магнитных
Вихретоковый метод 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.
С помощью вихретокового метода обнаруживают дефекты типа несплошностей
выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине а также
разнообразные трещины расслоения закаты раковины неметаллические
включения и т.д. При благоприятных условиях контроля и малом влиянии
мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 01 – 02 мм
протяженностью 1-2 мм. 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 контроля [3]. Вихретоковые методы редко
применяют при контроле сварных швов так как электропроводность отдельных
зон шва и около шовной зоны значительно меняются то это создает помехи при
выявлении дефектов сварного шва [3].
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и
анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с
контролируемым объектом. Методы радиационной дефектоскопии могут успешно
применяются 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 не всегда высокую производительность.
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).
Перечисленные выше недостатки акустического метода и определяют его
неприемлемость для контроля данного изделия так как оно во-первых имеет
тонкие стенки и мёртвая зона преобразователя не позволит проконтролировать
шов во-вторых из-за малого диаметра шва его поверхность имеет большую
кривизну что не позволит подступиться к нему с обычным преобразователем.
Магнитный метод контроля применяют в основном для контроля изделий из
ферромагнитных материалов т. е. из материалов которые способны
существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием
внешнего (намагничивающего) магнитного поля. 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.
Метод магнитной дефектоскопии для различных случаев практики выбирают
в зависимости от ряда факторов важнейшими из которых являются возможность
выявления дефектов разрешающая способность технико-экономические
показатели и удобство применения для контроля конкретных изделий [2].
Магнитно-порошковая дефектоскопия основана на визуальном наблюдении за
концентрацией частиц магнитного порошка втягивающихся в поле рассеяния над
дефектом. Процесс контроля сплошности стальных деталей с помощью магнитного
порошка состоит из следующих операций: а) намагничивания деталей в
направлении наиболее резко отличающемся от возможного расположения
дефектов; б) полива контролируемой зоны магнитной суспензией или посыпания
сухим магнитным порошком; в) внешнего осмотра детали и фиксации мест
скопления магнитных частиц в местах расположения дефектов; г)
размагничивания деталей.
Разрешающая способность порошковой дефектоскопии позволяет
выявлять в сварных швах ферромагнитных деталей дефекты находящиеся на
поверхности или залегающие внутри изделия на глубине до 6 мм. Дефекты
расположенные на глубине до 2 мм наиболее четко выявляются если имеют
острые края в виде трещин и непроваров и значительно менее четко
выявляются дефекты округлой формы (газовые поры и шлаковые включения).
Основные достоинства магнитно-порошкового метода заключаются в его
наглядности и простоте и позволяют непосредственно после намагничивания
визуально определять наличие дефектов в контролируемой детали.
Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков обусловленных
сравнительно небольшим диапазоном глубин залегания дефектов малой
чувствительностью при выявлении дефектов с закругленными краями трудностью
осуществления контроля в разных пространственных положениях (из-за осыпания
порошка или стекания эмульсии).
При контроле сварных соединений и ферромагнитных объектов достаточно
широко применяют магнитографический метод контроля который заключается в
намагничивании зоны контролируемого металла или сварного шва вместе с
прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем (лентой) фиксации
на нем возникающих в местах дефектов полей рассеяния и последующем
воспроизведении полученной записи. Этот метод применяют в основном для
проверки сплошности сварных швов трубопроводов и конструкций различных
сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной стенки до 18
Таким образом магнитографический метод контроля состоит в основном из
двух операций: намагничивания контролируемых изделий с записью полей
дефектов на магнитную ленту и считывания записи с индикацией полученных
сигналов. В зависимости от выбранной методики контроля эти операции могут
осуществляться раздельно либо непрерывно следовать друг за другом.
В связи с тем что магнитографический контроль в настоящее время в
основном используется для проверки сплошности ферромагнитных материалов
обладающих небольшой коэрцитивной силой (низкоуглеродистые и
низколегированные стали) намагничивание изделий обычно осуществляется в
приложенном поле с помощью специальных электромагнитов (намагничивающих
устройств). Считывание магнитных отпечатков полей дефектов с магнитной
ленты выполняется в специальных дефектоскопах где зафиксированная на ленте
магнитная энергия при помощи магнитных головок воспроизводится в
электрические сигналы.
Принципиальные отличия магнитографического контроля от других
методов магнитной дефектоскопии заключаются в следующем:
а) ферромагнитные частицы магнитоносителя не могут перемещаться а
под воздействие имеющихся на данном участке изделия полей рассеяния
изменяют только свою полярность и намагниченность. Благодаря этому
магнитографический контроль обладает значительно большей эффективностью
чем порошковый метод при котором частицы порошка в основном скапливаются
на границах сварного шва и основного металла;
б) на магнитной ленте с определенной степенью точности фиксируются
размеры отпечатков полей рассеяния от дефектов и их топография что дает
возможность при считывании записи осуществлять количественную и
качественную оценку дефектов;
в) эластичный магнитоноситель — магнитная лента может быть использован
как объективный документ сохраняющий данные о качестве сварного соединения
ответственного назначения.
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 [4].
Наибольшее применение магнитографический метод получил при контроле
сварных швов различного рода трубопроводов и листовых конструкций [2].
Эффективность метода НК определяется большим числом факторов главные
из которых – выявляемость дефектов производительность оперативность
безопасность и стоимость.
Проведем сопоставление рассмотренных методов контроля для
дефектоскопии заданного объекта контроля. С точки зрения выявляемости
магнитные и вихретоковые методы позволяют обнаруживать как поверхностные
так и подповерхностные (залегающие на глубине в несколько мм) дефекты.
Радиационными и акустическими методами можно обнаружить дефекты как
поверхностные так и внутренние но эти методы преимущественно используют
для выявления внутренних дефектов. Определенную опасность для
обслуживающего персонала представляют радиационные методы контроля. По
возможности автоматизации контроля наиболее благоприятны вихретоковый
контроль магнитные методы с феррозондовыми индукционными и другими типами
преобразователей. Главные их преимущества заключаются в отсутствии прямого
контакта преобразователя с изделием и в представлении информации о дефектах
в виде показаний приборов. Перечисленным методам уступает ультразвуковой
метод для которого необходим акустический контакт преобразователя с
изделием например через слой воды. Трудность автомати-
зации других методов неразрушающего контроля заключается в необходимости
визуальной обработки информации о дефектах.
Подводя итоги приведенному краткому обзору методов неразрушающего
контроля можно констатировать что в современных условиях наиболее
пригодным для контроля сплошности заданного изделия является
магнитографический метод контроля. Он обеспечивает высокую чувствительность
к наиболее опасным дефектам высокую производительность малую
подверженность действию мешающих факторов безопасность для обслуживающего
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 намагничивании.
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 [67]. Это значит
что предварительный режим намагничивания при магнитографическом контроле
необходимо устанавливать в зависимости от (. 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
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( 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). Поле дефекта с увеличением глубины
залегания дефекта претерпевает не только количественное но и качественное
изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта H(d из
колоколообразной трансформируется в дугообразную максимум которой
смещается к краям валика шва. Это обусловливает появление в шве областей
качественно разной выявляемости дефектов [9].
Если дефект расположен в корне шва то максимумы нелокализованного
поля дефекта могут совпадать с краями валика шва и на сигналограмме будет
наблюдаться лишь изменение амплитуд помех обусловленных валиком шва. Эта
особенность использована в [10] для разработки способа намагничивания при
контроле односторонних сварных соединений. Сущность способа состоит в
следующем. На поверхность контролируемого объекта с обратной стороны шва
укладывают пластину прямоугольного сечения а затем две пластины со скосом
кромки стык которых расположен в плоскости симметрии шва. Толщину пластины
прямоугольного сечения выбирают такой чтобы стык пластин со скосом кромки
находился в области корня шва. В этом случае “ложный” сигнал от стыка на
сигналограмме либо будет отсутствовать либо такие сигналы не будут
превышать фон помех. Итак стык пластин со скосом кромки создает
дополнительное поле которое подмагничивает шов однако сам стык как дефект
не обнаруживается. Дефекты же сплошности сварного соединения располагаются
ближе к поверхности сильно намагниченного шва а потому будут создавать
значительные поля рассеяния и могут быть уверенно обнаружены.
Описанный способ позволяет значительно повысить чувствительность
контроля сварных соединений однако имеет существенный недостаток:
необходим подход к обратной стороне шва. Кроме того способ
магнитографического контроля целесообразно использовать при отсутствии
обратного валика шва.
Если нет подхода к обратной стороне шва то для повышения
чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в виде
подковообразного магнита [11] либо в виде двух пластин прямоугольного
сечения рабочие поверхности которых расположены на одинаковых расстояниях
от зоны перехода шва к основному металлу [12]. Расстояние между
концентраторами магнитной индукции выбирают из условия возникновения
минимально допустимых помех на сигналограмме.
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции в
контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля в
зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной индукции.
Указанный способ однако не обеспечивает требуемой чувствительности
контроля реальных сварных швов вследствие недостаточно высокой
напряженности намагничивающего поля обладает сравнительно низкой
достоверностью контроля т.к. шов в поперечном направлении намагничен
неравномерно (сильнее у краев) неудобен в реализации из-за
затруднительного подхода к валику контролируемого шва.
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 [1314]. 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 [15] 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
В [16] предлагается концентраторы магнитной индукции расположить на
расстоянии 4 ( 5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающим
устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы
под углом не более 10° к продольной оси шва. Магнитную ленту необходимо при
этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае могут обнаруживаться
непровары величиной 5 % и более от толщины основного металла.
Описанные выше способы магнитографического контроля предназна-
чены 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 % от толщины основного
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых
включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси [17].
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.
Идеальные условия для обнаружения одиночных пор и шлаковых включений
будут созданы если шов вместе с прижатой к его поверхности лентой
намагничивать вдоль продольной оси [18]. При этом приблизительно в 4 раза
повышается чувствительность контроля отсутствуют помехи обусловленные
валиком шва в 15(20 раз снижается потребляемая мощность получается
сигналограмма удобная для расшифровки и дальнейшей обработки.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода
в [18] 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. При
намагничивании вдоль цепочки пор поля дефектов перекрываются при меньшем
расстоянии между дефектами чем при намагничивании в поперечном
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 [19]. При этом 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 дефекта.
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 [20]. Запуск селектора осуществляется регулируемым
управляющим импульсом сформированным помехой обусловленной одним из краев
Для отстройки от помех обусловленных валиком шва и поверхностными
неровностями в [21] 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.
При отстройке от помех обусловленных валиком шва указанным
способом теряется информация о наружных дефектах а амплитуда сигнала от
внутреннего дефекта уменьшается. Кроме того полная отстройка от помех
обусловленных валиком шва имеет место только в некоторых частных случаях.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в [22] 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 [23] 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 предлагаемом способе контроля поляризованную ленту
вначале намагничивают полем заданной напряженности по кривой ОСД а затем
совместно с изделием - полем рабочей напряженности Нр по кривой ДА. На
ленту воздействуют также поля помех НП подмагничивая отдельные ее участки
до точки С и поля дефектов подмагничивая ее участки до точки Е.
После прекращения действия намагничивающего поля участки ленты не
подвергавшиеся действию полей - помех и полей дефектов приобретают
остаточную намагниченность соответствующую точке Д (перемагничивание
происходит по пунктирной линии АД); такую же намагниченность приобретают
участки ленты в местах действия полей помех НП (перемагничивание по кривой
СД). Контраст записи полей - помех равен нулю. Контраст записи на участках
ленты подвергшихся действию полей дефектов равен (Мd. Таким образом
отношение амплитуд сигнал-шум стремится к бесконечности (приборные шумы не
Для повышения чувствительности контроля изделий когда амплитуда
полезного сигнала незначительно превышает амплитуду сигнала от наибольшего
допустимого дефекта а фон помех меньше сигналов от наибольшего допустимого
дефекта в [24] предложен следующий способ магнитографического контроля.
Перед оценкой качества изделия по магнитограмме ленту намагничивают по
участкам с равными по амплитуде помехами дополнительным полем направление
которого совпадает с направлением поля рабочей напряженности а величина
меньше суммы поля рабочей напряженности и поля от наибольшего допустимого
дефекта. При осуществлении этого способа поляризованная магнитная лента
прижатая к изделию под действием поля рабочей напряженности Нр
перемагничивается по сплошной кривой ОСД. При этом участки ленты на
которые воздействуют также поля помех Нп меньшие поля наибольшего
допустимого дефекта Нnd перемагничиваются по сплошной кривой ОСEF а
участки на которые действуют поля недопустимых дефектов Hd - по кривой
ОСЕJGH1. Затем на ленту снятую с объекта контроля воздействуют
дополнительным полем напряженности Нд равным сумме поля рабочей
напряженности и помех меньших поля наибольшего допустимого дефекта Hnd.
При этом участки ленты находившиеся только под действием поля рабочей
напряженности перемагничиваются по кривой DPCEF а участки ленты
находившиеся под действием полей помех Нп по кривой FREF. Таким образом
контраст магнитной записи поля дефекта определяется отрезком
H1P (больше чем в предыдущем случае) (рисунок 1.2).
Рисунок 4.1 – Пояснение способа магнитографического контроля
При традиционном же способе магнитографического контроля с
использованием поляризованной магнитной ленты объект вместе с лентой
намагничивают полем рабочей напряженности НР.В этом случае вся лента
перемагничивается по кривой ОСД а ее участки находящиеся под действием
полей дефектов Нd по кривой ОGH1 . Те участки на которые воздействовали
внешнее поле и поля-помехи перемагничиваются по кривой ОЕF. Тогда контраст
записи на ленте полей дефектов будет определяться отрезком ДН1 а полей-
помех -ДF. Отношение амплитуд сигнал-шум будет равно ДН1 ДF.
При контроле сварных соединений если намагничивания объекта контроля
производили в поперечном направлении описанные выше операции нужно
выполнять когда лента уложена на поверхность бездефектного контрольного
образца с зачищенными неровностями валика шва [25].
Выводы: высокая чувствительность метода при малой массе магнита
(40(50 г) достигается за счет значительного увеличения напряженности
магнитного поля действующего на дефект вблизи полюса магнита при контроле
способом приложенного поля а также небольшого фона помех т. к.
перемещаемый по поверхности ленты магнит равномерно намагничивает ее по
При обнаружении поверхностных и подповерхностных трещин предпочтение
следует отдавать магнитным методам контроля которые в этом случае обладают
наибольшей чувствительностью.
Подавляющее большинство дефектов сплошности сварных соединений таких
как непровары трещины несплавления цепочки пор подрезы ориентированы
вдоль продольной оси шва.
Однако при магнитографическом методе целесообразно производить
раздельный контроль сварных соединений на наличие протяженных и локальных
дефектов: в первом случае сварной шов следует намагничивать в поперечном
направлении используя при неблагоприятных размерах выпуклости шва
концентраторы магнитной индукции во втором - в продольном направлении
считывая запись с ленты вдоль направления ее остаточной намагниченности.
Таким образом анализ литературных источников позволил выявить
основные закономерности формирования полей наружных дефектов под влиянием
постоянного внешнего поля. Он также показал что способ магнитографического
контроля основанный на намагничивании объекта через уложенный на его
поверхность магнитоноситель является весьма перспективным однако
исследован недостаточно полно.
Разработка оборудования для контроля
1 Анализ литературных источников с целью модернизации оборудования
Намагничивание контролируемой зоны ферромагнитных изделий с
направлением магнитного потока перпендикулярно продольной оси изделия может
выполняться двумя способами: последовательно отдельными участками
расположенными по длине изделия или одновременно по всей длине изделия.
В обоих случаях намагничивающие устройства должны удовлетворять
следующим требованиям:
а) напряженность приложенного поля должна намагничивать контролируемую
зону до состояния насыщения или даже несколько больше. При этом уровень
намагниченности контролируемого изделия должен находиться на верхнем
пологом участке кривой намагничивания соответствующем режиму насыщения;
б) ширина намагничиваемой зоны должна быть выбрана таким образом
чтобы полюсы устройства не касались краев магнитной ленты уложенной на
поверхность контролируемого изделия;
в) в местах перехода магнитного потока от полюсов устройства в изделие
потери его должны быть минимальными;
г) в случае если устройство предназначено для последовательного
намагничивания отдельных участков изделия оно должно легко перемещаться по
поверхности изделия. При одновременном намагничивании всей длины изделия
устройство должно быстро и удобно устанавливаться (закрепляться) на
д) для удобства в эксплуатации намагничивающее устройство должно иметь
как можно меньший вес и потреблять минимальную мощность.
В практике магнитографического контроля получили применение следующие
типы намагничивающих устройств:
-дисковые магниты используемые для контроля листовых конструкций и
труб с толщиной стенки до 5—6 мм;
-подвижные намагничивающие устройства 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 поясов и вилок.
Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств большое
значение имеет минимальное «растекание» потока магнитной ин
дукции. Под условным термином «растекание» потока понимается уменьшение
индукции в контролируемом изделии непосредственно в месте расположения
намагничивающего устройства и на некотором расстоянии от его поперечной
Опыт показал что с уменьшением сечения полюсов и увеличением
расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается.
«Растекание» потока имеет место и при смещении намагничивающего устройства
от места расположения дефекта. С помощью дисковых магнитов вследствие
значительного «растекания» магнитного потока можно контролировать изделия
с толщиной стенки до 6 мм.
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 (дюралюминия). Благодаря значительной длине
магнитопровода (150-200мм) ПНУ обеспечивает одновременное намагничивание
участка изделия с минимальным «растеканием» магнитного потока и эффективное
выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери потока но
позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.
Опытным путем установлено что значительное уменьшение индукции (свыше
—6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смещении
намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60—70
мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна быть
не менее 160—200 мм.
Намагничивающее устройство типа НК (намагничивающие клещи)
предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно
раскрывающийся электромагнит позволяющий одновременно намагничивать
контролируемый стык по всему периметру.
Намагничивающие устройства условно называемые магнитными поясами (МП)
предназначены для магнитографического контроля стыков труб и
других изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки
до 3— 4 мм. Устройства имеют импульсный источник тока и состоят из двух
последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая. Катушки пояса
располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка.
Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном
намагничивании стыка по всему его периметру в универсальности позволяющей
применять одно и то же устройство для намагни-
чивания стальных труб диаметром от 48 до 133 мм и портативности источника
Намагничивающая вилка (НВ) предназначена для контроля стыков труб
небольших диаметров и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса вилки
охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности. Поэтому
контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон.
Намагничивающие вилки удобно применять в тех случаях когда имеется
односторонний доступ к контролируемым швам [26].
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 [27]. “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 [28].
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
Известно намагничивающее устройство для дефектоскопии трубчатых
изделий содержащее n скрепленных между собой П-образных электромагнитов
отличающееся тем что с целью расширения диапазона диаметров
контролируемых изделий оно снабжено двумя полюсными наконечниками
выполненными каждый в виде разъемного кольца с ломаной внешней
поверхностью торцы полюсов электромагнитов выполнены по форме ломаной
поверхности колец а одноименные полюса электромагнитов закреплены на
соответствующем кольце [27].
Проанализировав различные литературные источники можно сделать вывод
что для контроля заданного изделия следует использовать электромагнит с П-
образным сердечником прямоугольного сечения. При определе
нии сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего устройства исходя
из результатов экспериментов по определению «растекания» потока принимается
равной 150—200 мм; высота полюсов выбирается из конструктивных
соображений а длина сердечника равная расстоянию между полюсами
определяется шириной магнитной ленты для магнитографического контроля (35
мм) и удобным для эксплуатации расстоянием между полюсами магнита и краями
ленты. Необходимое число витков электромагнита определяется на основе
закона полного тока.
Из анализа литературных источников сделаем вывод что следует
проводить раздельный контроль протяженных и локальных дефектов т.к. поля
рассеяния их ведут себя по–разному при различных способах намагничивания.
При наличии локальных дефектов шов следует намагничивать вдоль т.к. в
этом случае исключается размагничивающее действие выпуклости шва и поля
рассеяния от дефектов будут максимальны. По этой же причине при наличии
протяженных дефектов шов следует намагничивать поперек.
Поскольку в данной курсовой работе необходимо провести контроль
изделия на наличие протяженных дефектов то применим поперечное
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.
2 Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
2.1 Расчёт режима намагничивания.
Для расчета электромагнита намагничивающего устройства необходимо знать
оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля.
Расчет выполним по методике изложенной в [1920].
Расчет оптимального режима сводится к получению магнитной
характеристики исследуемого материала в виде графика функции [pic] и
отысканию максимального приращения производной на падающей ветви данной
функции. Кривая намагничивания материала контролируемого изделия [pic]
представлена на рисунке 5.2. Используя данные этой кривой стро
им зависимость [pic] (рисунок 5.3).
Рисунок 5.2 – Кривая намагничивания изделия
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Рисунок 5.3 – График зависимости (r(В)
Заменим табличные значения функции [pic] соответствующим
интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Значение оптимальной индукции вычислим по формуле:
Чтобы определить значения [pic] и [pic] решим ряд систем уравнений
подставляя численные значения В из кривой [pic]:
Вычислив [pic] и [pic] и подставив в (3) получим значение [pic]Тл.
Следует отметить что расчетное значение [pic] ниже значения
полученного экспериментально на 10 20%. Учтём это в окончательном
2.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства. Расчёт
выполнен по методике изложенной в [20].
Целью расчета является определение величины намагничивающей силы IW
устройства для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в
обмотке W – число витков обмотки электромагнита.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 5.4):
толщина изделия b=8 мм; толщина полюсов из рекомендаций выбирается в 2 – 3
раза больше толщины изделия примем d=18 мм; расстояние между полюсами
L=100 мм; высоту полюса примем равной h=150 мм; ширину полюса выберем c=200
мм; суммарный зазор (=1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что
растекание магнитного потока в изделии отсутствует т.е. размеры проекции
устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
где [pic]– падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии [pic] в зазорах
[pic] и в магнитопроводе [pic]:
где [pic] и [pic] взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 5.2).
Вычислим падение магнитного напряжения в зазорах:
где Н0 – напряжённость поля в зазоре;
( - толщина суммарного зазора.
Строим кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение
(7) по 6-8 значений [pic] и [pic] взятым с кривой намагничивания строим
зависимость [pic] а затем зависимость [pic] в той же системе координат
Рисунок 5.6 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре Uу и в
изделии Uи от магнитного потока в изделии
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в магнитопроводе.
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения B и H так же определяем по кривой намагничивания (рисунок
2). Строим зависимость [pic] (рисунок 5.7). [pic]
Рисунок 5.7 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе Uп от
магнитного потока в нём
Чтобы пересчитать [pic] в зависимости от [pic] запишем уравнение
Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 5.5).
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
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из (10) и (11) получаем:
где RF получаем из формул (12) и (13) – оно постоянно; Ry – тоже
[pic] - индукция и напряжённость в изделии соответствующие
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости [pic]после пересчёта по вышеизложенным
формулам (рисунок 5.8).
Рисунок 5.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в изделии
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 5.9) [pic]
Рисунок 5.9 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
Зная значение Вопт=165 Тл в контролируемом сечении определяем U1 по
По известному значению оптимальной индукции [pic] в контролируемом
сечении определяем [pic](рисунок 5.9). Затем с учетом коэффициента
заполнения Кз=04 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) определяем число витков обмоточного провода задаваясь различными
диаметрами (d от 0.5 до 3.5 мм):
Примем диаметры обмоточного провода [pic]мм [pic]мм [pic]мм.
Площадь S окна занимаемого всеми витками катушки в сечении
перпендикулярном осям витков определим по формулам:
S=0801(015-0018)=0011 м.
Число витков магнитопровода опредедлим по формулам:
Определим величину тока в катушке по известным намагничивающей силе
Для учёта того что в сварном соединении присутствует усиление шва
увеличиваем ток в 6-8 раз. Получаем:
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
где lср – средняя длина витка провода в катушке
( – удельное электрическое сопротивление равное 00054 Омм.
Определяем потребляемую мощность:
Так как потребляемые мощности одинаковы при разном диаметре провода
то выбираем диаметр проволоки исходя из приемлемого числа витков катушки:
Расчётным путём определено оптимальное значение магнитной индукции в
контролируемых сечениях объекта Bопт=16 Тл. На основе полученных расчётов
и литературы определены параметры электромагнита намагничивающего
устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350 сечение полюса
3 Описание устройства для контроля и принципа его действия
Установка состоит из одиночного электромагнита лентопротяжного
механизма состоящего из расходной и приемной кассеты электродвигателя
осуществляющего привод установки и вращение приемной кассеты.
Контроль осуществляется в следующей последовательности. Полотнище
подается на позицию контроля. У начала и конца шва укладываются
технологические пластины они обеспечивают равномерное намагничивание
начала и конца шва. Установку устанавливают непосредственно на объект
контроля так чтобы сварной шов с уложенной на его поверхности магнитной
лентой располагался в полюсных проёмах электромагнита.
При движении установки по объекту происходит намагничивание сварного
соединения а информация о результатах контроля сварного шва записывается
на магнитную ленту. Магнитная лента при движении намагничивающего
устройства перемещается из расходной кассеты в зону контроля.
Самораскручивание ленты из кассеты исключается использованием тормоза.
Для предотвращения обрыва ленты привод накопительной кассеты осуществляется
через резиновый пассик обеспечивающий уменьшение угловой скорости вращения
кассеты при увеличении диаметра намотанной катушки ленты.
Установка при движении по объекту производит намагничивание его и
информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на
наличие локальных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока
полюсы которого содержат проёмы для прохождения в них шва с уложенной на
него магнитной лентой установленный на ферромагнитных роликах механизм
перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия
Устройство позволяет намагничивать сварное соединение в продольном
направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществлять перемотку
магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения
устройства осуществлять прижим ленты к контролируемому шву.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и
околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой указанной
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт
используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 8.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная границе
раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а
ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности
то на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в [19] выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с
коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту в
межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем
Закрепить ленту в накопительной кассете.
Подвести установку к объекту контроля.
Осуществить привязку магнитной ленты к объекту контроля (отметить
начало шва номер изделия).
При контроле использовать технологические пластины представляющие
собой продолжение полотнища по которому двигается устройство и
устанавливаются у начала и конца шва.
Технологические пластины изготовлены из того же материала и такой же
толщины что и контролируемое изделие
Произвести настройку магнитографического дефектоскопа по эталонной
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных
швах поры и шлаковые включения глубиной более 25% от толщины
контролируемого изделия.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Основные цели метрологического обеспечения:
- повышение качества выпускаемой продукции эффективности управления
производством уровня автоматизации производственных процессов;
- обеспечения взаимозаменяемости деталей узлов и агрегатов
создания условий для кооперирования производства и развития специализации
- обеспечение достоверного учёта и повышение эффективности
использования материальных ценностей и энергетических ресурсов;
- повышение эффективности мероприятий по контролю условий труда
охране окружающей среды рациональному использованию природных ресурсов.
Количественная оценка размеров обнаруживаемых дефектов обычно
осуществляется с помощью эталонов. Настройка дефектоскопов а так же
определение величины дефектов производятся с помощью эталонных магнитных
лент записанных с контрольных образцов сварных стыков.
В качестве контрольных образцов могут использоваться вырезанные из
трубопровода или специально сваренные «катушки» а так же планки шириной не
менее 300 – 500 мм с расположенным посередине сварным швом. Контрольные
стыки или планки должны изготавливаться из труб или листов той же марки и
толщины что и контролируемые изделия. Сварка контрольных стыков должна
производиться по той же технологии как и у объекта контроля.
Контрольные образцы могут иметь естественные или искусственные
дефекты. Для этого сварку производят при нарушении режимов и таким образом
получают искусственные дефекты типа пор шлаковых включений трещин.
Эталонные магнитные ленты записываются с контрольных стыков или планок с
помощью рабочих намагничивающих устройств. Режимы намагничивания выбираются
исходя из толщины и марки стали контролируемых изделий.
Контрольные образцы хранятся вместе с эталонными плёнками и магнитными
лентами в ОТК цеха. Ленты хранятся в жестяных коробках для защиты от
посторонних магнитных полей температуры и влаги. Не следует пользоваться
эталонными лентами до износа а раз в месяц заменять новыми.
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 труб качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом. 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 труб.
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
Мероприятия по охране труда
Работу по магнитографическому контролю следует вести в соответствии
- СниП Ш-4-60 “Техника безопасности в строительстве”;
- “Правил техники безопасности при производстве металлических
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопистов или из дефектоскописта и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и
намагничивающих устройств выполняют требования электробезопасности в
соответствии со следующими нормативными документами:
- ГОСТ 12.1.013 – 78;
- ГОСТ 12.1.019 – 79;
- “Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей” (М. Энергия 1970).
При необходимости проверки напряжения электротока на клемах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдать в соответствии с ГОСТ
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля
сварных стыков металлических листов должны периодически проходить
инструктаж по технике безопасности с регистрацией в специальном журнале.
Проанализировав существующие методы контроля и основываясь на том
что выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность
достоверность контроля производительность удобство в эксплуатации и
наглядность приходим к выводу что наиболее приемлемым методом контроля
сварного шва полотнищ является магнитографический так как он обладает
высокой чувствительностью производительстью позволяет судить о размерах
обнаруженных дефектов позволяет отстроиться от ложных сигналов
обучловленных поверхностными неровностями и структурными неоднородностями
и позволяет многократно использовать магнитные ленты.
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.
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.
контролируемых сечениях объекта Bопт=16 Тл. На основе результатов
расчётов и рекомендованной литературы определены параметры электромагнита
намагничивающего устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350
сечение полюса 200х18 мм.
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов
на наличие протяженных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока
установленный на ферромагнитных роликах механизм перемещения
электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия ленты
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к
курсовой работе для студентов специальности Т 06.01 – ”Приборостроение”.-
Могилев: МГТУ 2001.-28 с. Составитель проф. Новиков В.А.
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль:
Практ. пособие В.Г.Герасимов А.Д.Покровский В.В.Сухоруков.- М.: Высш.
шк. 1992.- 312 с.: ил.
Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник Под ред.
Г.С.Самойловича. – М.: Машиностроение 1976. – 456 с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Лабораторная работа №6.
Исследование эффективности различных способов магнитографического контроля
сварных соединений. Методические указания. – Могилёв: МГТУ 2001. – 16с.
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений А.
С. Фалькевич М. Х. Хусанов. - М.: Машиностроение 1966. – 176 с. ил.
Новиков В.А. Особенности формирования магнитостатического поля шва
на поверхности стыкового сварного соединения Диагностика и
прогнозирование разрушения сварных конструкций. – № 6 1998 с. 53-60.
Новиков В.А. Выбор режима намагничивания при контроле стыковых
сварных соединений магнитографическим методом Техническая диагностика и
неразрушающий контроль. – 1992.- № 2.
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.
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; 083272
– Сведловск.1985– 208 с.: ил.
А.с. 565245 МКИ G01 N 2782. Способ намагничивания при контроле
односторонних сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков (СССР). –
№209083128; Заявлено 24.12.74; Опубл. 15.07.77 Бюл. №26.–4 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. 1196746 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков А.П. Магилинский
(СССР).– №376949125–28; Заявлено 06.07.84; Опубл. 07.12.85 Бюл.№45.–6 с.:
А.с. 1422125 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №418420025–28; Заявлено
01.87; Опубл. 07.09.88 Бюл.№33.–6 с.: ил.
А.с. 1672344 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко (СССР).– №448964728;
Заявлено 03.10.88; Опубл. 23.08.91 Бюл. №31.– 6 с.: ил.
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 В.С. Козлов.
– Мн.: Наука и техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии В.С. Козлов.
– 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. 1633349 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля В.А. Новиков (СССР).– №461751128; Заявлено 08.12.88; Опубл.
03.91 Бюл.№9.– 6 с.: ил.
А.с. 1744630 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №482072328;
Заявлено 03.05.90; Опубл. 30.06.92 Бюл.№27.– 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. 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.
А. с. 1241121 СССР МКИ G01N 2782. Приставное намагничивающее
устройство В.А. Троицкий П.Г. Жуковский (СССР).- №381966225-28.
Заявлено 06.12.84. Опубл. 30.06.86. Бюл. №24- 3с.: ил.

2устройство2спец.frw

1устройство1спец.frw

записка испр.doc

Уровень промышленного развития передовых стран на современном этапе
характеризуется не только объемом производства и ассортиментом
выпускаемой продукции но и показателями ее качества.
Чтобы обеспечить высокое качество продукции необходимо повысить
уровень её контроля. В энергетике машиностроении авиации судостроении
химии на транспорте и в ряде других отраслей объём контрольных операций
очень велик. Трудоемкость контроля некоторых изделий составляет 15-20 %
общих затрат на их изготовление. Однако затраты на контроль быстро
окупаются за счет снижения производственных и эксплуатационных расходов
повышения ресурса работы оборудования.
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
продукции. 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 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 сварка является самым распространённым методом
получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и
дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении. При
изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления корпусов
кораблей резервуаров и других сварных конструкций ответственного
назначения требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных
Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного цикла
любого изделия (сварное соединение) который является гарантией
работоспособности и надёжности сварных соединений и конструкций. В связи
с этим большое значение для повышения качества изготовляемых конструкций
приобретают методы неразрушающего контроля. Применяя средства
неразрушающего контроля можно полностью автоматизировать многие процессы
изготовления изделий повысить производительность труда и качество
выпускаемой продукции.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля сварных соединений полотнищ на наличие
протяженных дефектов.
- эскиз объекта контроля;
- материал – сталь Ст 10;
- сварные швы выполнены автоматической сваркой под флюсом;
- минимальная глубина недопустимых дефектов: протяжённых – 10%
локальных – 20% от толщины;
- программа – 400 шт.год.
Необходимо провести анализ характеристик объекта контроля; выбрать
оптимальный метод и способ контроля; выполнить компоновку расчёт и
разработку оборудования для контроля; описать устройство для контроля и
принцип его действия; разработать методику контроля; разработать
метрологическое обеспечение средств контроля.
Разработанное устройство должно обеспечивать максимальную
достоверность и производительность контроля минимальную трудоёмкость и
минимальные затраты на его изготовление.
Характеристика объекта контроля
Объект контроля представляет собой двустороннее сварное соединение
полотнища (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Объект контроля
Полотнище изготовлено путём сваривания листов стали и имеет габаритные
Материал из которого изготавливается полотнище – сталь Ст 10.
Основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в
местах сварных соединений и будут представлять собой поры различные
включения непровары. Минимальная глубина недопустимых дефектов: непроваров
- 10% от толщины основного металла пор и шлаковых включений –20% от
толщины основного металла.
В курсовой работе необходимо выполнить расчёт оптимального режима
намагничивания рассчитать магнитную цепь состоящую из объекта контроля и
намагничивающего устройства. Определить параметры намагничивающего
устройства такие как геометрическая форма и размеры магнитопровода
количество витков обмотки и диаметр провода мощность устройства и др.
Необходимо так же выбрать тип магнитной ленты для магнитографического
контроля изделия [1].
Программа – 400 шт.год.
1 Дефекты сварных соединений объекта и их влияние на
работоспособность конструкции
Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварного соединения и
нередко являются причиной преждевременного разрушения сварных конструкций.
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 их качества.
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.
Поры – это газовые пустоты в металле шва. Газовые поры образуются в
результате перенасыщения жидкого металла газами которые не успевают выйти
на поверхность во время его быстрой кристаллизации и остаются в нем в виде
пузырьков. Размер внутренних пор колеблется от нескольких микрометров до 2-
мм в диаметре. Поры могут быть распределены в шве в виде отдельных
включений в виде цепочки по продольной оси шва или отдельными группами.
Поры если их суммарная площадь в сечение шва составляет 5-10 %
практически не влияют на статическую прочность соединения. Для конструкций
работающих в условиях статического нагружения допускается площадь пор не
более 7% расчетного сечения шва а для конструкций работающих при
вибрационных нагрузках - не более 4-5%. Поры расположенные в виде цепочки
в середине или на краях шва оказывают более значительное влияние на
прочность чем большая пористость но при беспорядочном расположении пор.
Включения в металле шва – это небольшие объемы заполненные немее
таллическими веществами. Они достигают нескольких миллиметров и могут
быть различной формы. Влияние одиночных включений на работоспособность
конструкций примерно такое же как и пор.
Непровары – дефекты сварных швов заключающиеся в отсутствии
сплавления между металлом шва и основным металлом. Различают непровары
по кромке и непровары по сечению. Первые оказывают большее влияние на
прочность шва. В этом случае между металлом шва и основным металлом обычно
обнаруживаются тонкие прослойки оксидов. Непровары снижают
работоспособность сварного соединения за счет ослабления рабочего сечения
создают концентрацию напряжений в шве. В конструкциях работающих на
статическую нагрузку непровар величиной 10-15% толщины свариваемого
металла не оказывает существенного влияния на эксплуатационную прочность.
Однако он является опасным дефектом если конструкция работает при
вибрационных нагрузках.
Трещины – это частичное местное разрушение сварного соединения. Чаще
всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях они могут
располагаться вдоль и поперек сварного соединения а также в основном
металле в местах пересечения и сосредоточения швов. Трещины – наиболее
опасный дефект сварных швов. Они являются сильными концентраторами
напряжений. Трещины по существующим правилам контроля являются недопустимым
Несплавление – это дефект когда наплавленный металл сварного шва не
сплавляется с основным металлом или с ранее наплавленным металлом
предыдущего слоя того же шва.
Таким образом основные виды дефектов которые нас интересуют будут
располагаться в местах сварных соединений и будут представлять собой поры
различные включения непровары. Тип дефектов: протяженные локальные.
Согласно техническому условию недопустимыми для данного вида изделия
являются протяжённые дефекты глубиной более 10% поры и включения – больше
% от толщины изделия.
Обоснование выбора метода контроля
Важнейшими характеристиками технических возможностей методов контроля
являются: чувствительность и разрешающая способность метода достоверность
результатов контроля надежность аппаратуры и простота технологического
процесса контроля производительность контроля.
Чувствительность метода определяется наименьшими размерами выявляемых
дефектов: а) у поверхностных – шириной раскрытия у выхода на поверхность
протяженностью в глубь металла и по поверхности детали; б) у глубинных –
размерами дефекта с указанием глубины залегания. Чувствительность зависит в
основном от особенностей метода неразрушающего контроля (НК) технических
данных применяемой аппаратуры и дефектоскопических материалов чистоты
обработки поверхности контролируемой детали ее материала условий контроля
Разрешающая способность дефектоскопа определяется наименьшим
расстоянием между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами для
которых возможна их раздельная регистрация.
Достоверность результатов дефектоскопического контроля определяется
вероятностью пропуска деталей с явными дефектами или необоснованной
браковкой годных деталей.
При выборе метода неразрушающего контроля конкретных деталей и узлов
необходимо учитывать кроме специфических особенностей и технических
возможностей каждого метода следующие факторы: характер дефекта и его
расположение условия работы деталей и ТУ на отбраковку материал детали
состояние и чистоту обработки поверхности форму и размер детали зоны
контроля доступность детали и зоны контроля условия контроля
чувствительность контроля.
Специфические особенности каждого вида неразрушающего контроля делают
необходимым проведение анализа 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 объектом контроля;
-по первичному информативному параметру физического поля;
-по способу получения первичной информации.
Проанализируем различные методы неразрушающего контроля с точки
зрения возможности их применения для обнаружения дефектов в сварных швах
Так как обнаружению подлежат внутренние дефекты то оптические
методы для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для
обнаружения дефектов в сварных конструкциях тепловых методов. Остановимся
более подробно на анализе акустических вихретоковых радиационных и
магнитных методов контроля.
Вихретоковый метод 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.
С помощью вихретокового метода обнаруживают дефекты типа несплошностей
выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине а также
разнообразные трещины расслоения закаты раковины неметаллические
включения и т.д. При благоприятных условиях контроля и малом влиянии
мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 01 – 02 мм
протяженностью 1-2 мм. 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 контроля [3]. Вихретоковые методы редко
применяют при контроле сварных швов так как электропроводность отдельных
зон шва и около шовной зоны значительно меняются то это создает помехи при
выявлении дефектов сварного шва [3].
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и
анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с
контролируемым объектом. Методы радиационной дефектоскопии могут успешно
применяются 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 не всегда высокую производительность.
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).
Перечисленные выше недостатки акустического метода и определяют его
неприемлемость для контроля данного изделия так как оно во-первых имеет
тонкие стенки и мёртвая зона преобразователя не позволит проконтролировать
шов во-вторых из-за малого диаметра шва его поверхность имеет большую
кривизну что не позволит подступиться к нему с обычным преобразователем.
Магнитный метод контроля применяют в основном для контроля изделий из
ферромагнитных материалов т. е. из материалов которые способны
существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием
внешнего (намагничивающего) магнитного поля. 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.
Метод магнитной дефектоскопии для различных случаев практики выбирают
в зависимости от ряда факторов важнейшими из которых являются возможность
выявления дефектов разрешающая способность технико-экономические
показатели и удобство применения для контроля конкретных изделий [2].
Магнитно-порошковая дефектоскопия основана на визуальном наблюдении за
концентрацией частиц магнитного порошка втягивающихся в поле рассеяния над
дефектом. Процесс контроля сплошности стальных деталей с помощью магнитного
порошка состоит из следующих операций: а) намагничивания деталей в
направлении наиболее резко отличающемся от возможного расположения
дефектов; б) полива контролируемой зоны магнитной суспензией или посыпания
сухим магнитным порошком; в) внешнего осмотра детали и фиксации мест
скопления магнитных частиц в местах расположения дефектов; г)
размагничивания деталей.
Разрешающая способность порошковой дефектоскопии позволяет
выявлять в сварных швах ферромагнитных деталей дефекты находящиеся на
поверхности или залегающие внутри изделия на глубине до 6 мм. Дефекты
расположенные на глубине до 2 мм наиболее четко выявляются если имеют
острые края в виде трещин и непроваров и значительно менее четко
выявляются дефекты округлой формы (газовые поры и шлаковые включения).
Основные достоинства магнитно-порошкового метода заключаются в его
наглядности и простоте и позволяют непосредственно после намагничивания
визуально определять наличие дефектов в контролируемой детали.
Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков обусловленных
сравнительно небольшим диапазоном глубин залегания дефектов малой
чувствительностью при выявлении дефектов с закругленными краями трудностью
осуществления контроля в разных пространственных положениях (из-за осыпания
порошка или стекания эмульсии).
При контроле сварных соединений и ферромагнитных объектов достаточно
широко применяют магнитографический метод контроля который заключается в
намагничивании зоны контролируемого металла или сварного шва вместе с
прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем (лентой) фиксации
на нем возникающих в местах дефектов полей рассеяния и последующем
воспроизведении полученной записи. Этот метод применяют в основном для
проверки сплошности сварных швов трубопроводов и конструкций различных
сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной стенки до 25
Таким образом магнитографический метод контроля состоит в основном из
двух операций: намагничивания контролируемых изделий с записью полей
дефектов на магнитную ленту и считывания записи с индикацией полученных
сигналов. В зависимости от выбранной методики контроля эти операции могут
осуществляться раздельно либо непрерывно следовать друг за другом.
В связи с тем что магнитографический контроль в настоящее время в
основном используется для проверки сплошности ферромагнитных материалов
обладающих небольшой коэрцитивной силой (низкоуглеродистые и
низколегированные стали) намагничивание изделий обычно осуществляется в
приложенном поле с помощью специальных электромагнитов (намагничивающих
устройств). Считывание магнитных отпечатков полей дефектов с магнитной
ленты выполняется в специальных дефектоскопах где зафиксированная на ленте
магнитная энергия при помощи магнитных головок воспроизводится в
электрические сигналы.
Принципиальные отличия магнитографического контроля от других
методов магнитной дефектоскопии заключаются в следующем:
а) ферромагнитные частицы магнитоносителя не могут перемещаться а
под воздействие имеющихся на данном участке изделия полей рассеяния
изменяют только свою полярность и намагниченность. Благодаря этому
магнитографический контроль обладает значительно большей эффективностью
чем порошковый метод при котором частицы порошка в основном скапливаются
на границах сварного шва и основного металла;
б) на магнитной ленте с определенной степенью точности фиксируются
размеры отпечатков полей рассеяния от дефектов и их топография что дает
возможность при считывании записи осуществлять количественную и
качественную оценку дефектов;
в) эластичный магнитоноситель — магнитная лента может быть использован
как объективный документ сохраняющий данные о качестве сварного соединения
ответственного назначения.
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 [4].
Наибольшее применение магнитографический метод получил при контроле
сварных швов различного рода трубопроводов и листовых конструкций [2].
Эффективность метода НК определяется большим числом факторов главные
из которых – выявляемость дефектов производительность оперативность
безопасность и стоимость.
Проведем сопоставление рассмотренных методов контроля для
дефектоскопии заданного объекта контроля. С точки зрения выявляемости
магнитные и вихретоковые методы позволяют обнаруживать как поверхностные
так и подповерхностные (залегающие на глубине в несколько мм) дефекты.
Радиационными и акустическими методами можно обнаружить дефекты как
поверхностные так и внутренние но эти методы преимущественно используют
для выявления внутренних дефектов. Определенную опасность для
обслуживающего персонала представляют радиационные методы контроля. По
возможности автоматизации контроля наиболее благоприятны вихретоковый
контроль магнитные методы с феррозондовыми индукционными и другими типами
преобразователей. Главные их преимущества заключаются в отсутствии прямого
контакта преобразователя с изделием и в представлении информации о дефектах
в виде показаний приборов. Перечисленным методам уступает ультразвуковой
метод для которого необходим акустический контакт преобразователя с
изделием например через слой воды. Трудность автоматизации других методов
неразрушающего контроля заключается в необходимости визуальной обработки
информации о дефектах.
Подводя итоги приведенному краткому обзору методов неразрушающего
контроля можно констатировать что в современных условиях наиболее
пригодным для контроля сплошности заданного изделия является
магнитографический метод контроля. Он обеспечивает высокую чувствительность
к наиболее опасным дефектам высокую производительность малую
подверженность действию мешающих факторов безопасность для обслуживающего
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 намагничивании.
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 [67]. Это значит
что предварительный режим намагничивания при магнитографическом контроле
необходимо устанавливать в зависимости от (. 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
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( 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). Поле дефекта с увеличением глубины
залегания дефекта претерпевает не только количественное но и качественное
изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта H(d из
колоколообразной трансформируется в дугообразную максимум которой
смещается к краям валика шва. Это обусловливает появление в шве областей
качественно разной выявляемости дефектов [9].
Если дефект расположен в корне шва то максимумы нелокализованного
поля дефекта могут совпадать с краями валика шва и на сигналограмме будет
наблюдаться лишь изменение амплитуд помех обусловленных валиком шва. Эта
особенность использована в [10] для разработки способа намагничивания при
контроле односторонних сварных соединений. Сущность способа состоит в
следующем. На поверхность контролируемого объекта с обратной стороны шва
укладывают пластину прямоугольного сечения а затем две пластины со скосом
кромки стык которых расположен в плоскости симметрии шва. Толщину пластины
прямоугольного сечения выбирают такой чтобы стык пластин со скосом кромки
находился в области корня шва. В этом случае “ложный” сигнал от стыка на
сигналограмме либо будет отсутствовать либо такие сигналы не будут
превышать фон помех. Итак стык пластин со скосом кромки создает
дополнительное поле которое подмагничивает шов однако сам стык как дефект
не обнаруживается. Дефекты же сплошности сварного соединения располагаются
ближе к поверхности сильно намагниченного шва а потому будут создавать
значительные поля рассеяния и могут быть уверенно обнаружены.
Описанный способ позволяет значительно повысить чувствительность
контроля сварных соединений однако имеет существенный недостаток:
необходим подход к обратной стороне шва. Кроме того способ
магнитографического контроля целесообразно использовать при отсутствии
обратного валика шва.
Если нет подхода к обратной стороне шва то для повышения
чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в виде
подковообразного магнита [11] либо в виде двух пластин прямоугольного
сечения рабочие поверхности которых расположены на одинаковых расстояниях
от зоны перехода шва к основному металлу [12]. Расстояние между
концентраторами магнитной индукции выбирают из условия возникновения
минимально допустимых помех на сигналограмме.
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции в
контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля в
зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной индукции.
Указанный способ однако не обеспечивает требуемой чувствительности
контроля реальных сварных швов вследствие недостаточно высокой
напряженности намагничивающего поля обладает сравнительно низкой
достоверностью контроля т.к. шов в поперечном направлении намагничен
неравномерно (сильнее у краев) неудобен в реализации из-за
затруднительного подхода к валику контролируемого шва.
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 [1314]. 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 [15] 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
В [16] предлагается концентраторы магнитной индукции расположить на
расстоянии 4 ( 5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающим
устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы
под углом не более 10° к продольной оси шва. Магнитную ленту необходимо при
этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае могут обнаруживаться
непровары величиной 5 % и более от толщины основного металла.
Описанные выше способы магнитографического контроля предназна-
чены 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 % от толщины основного
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых
включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси [17].
При этом вследствие снижения размагничивающего фактора свар
ной шов окажется намагниченным значительно сильнее. Максимальная амплитуда
сигнала обусловленного дефектом будет иметь место если ленту считывать
вдоль линии намагничивания.
Идеальные условия для обнаружения одиночных пор и шлаковых включений
будут созданы если шов вместе с прижатой к его поверхности лентой
намагничивать вдоль продольной оси [18]. При этом приблизительно в 4 раза
повышается чувствительность контроля отсутствуют помехи обусловленные
валиком шва в 15(20 раз снижается потребляемая мощность получается
сигналограмма удобная для расшифровки и дальнейшей обработки.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода
в [18] 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. При
намагничивании вдоль цепочки пор поля дефектов перекрываются при меньшем
расстоянии между дефектами чем при намагничивании в поперечном
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 [19]. При этом 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 дефекта.
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 про
бегает над средней частью ленты [20]. Запуск селектора осуществляется
регулируемым управляющим импульсом сформированным помехой обусловленной
одним из краев валика шва.
Для отстройки от помех обусловленных валиком шва и поверхностными
неровностями в [21] 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.
При отстройке от помех обусловленных валиком шва указанным
способом теряется информация о наружных дефектах а амплитуда сигнала от
внутреннего дефекта уменьшается. Кроме того полная отстройка от помех
обусловленных валиком шва имеет место только в некоторых частных случаях.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в [22] 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 [23] 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 предлагаемом способе контроля поляризованную ленту
вначале намагничивают полем заданной напряженности по кривой ОСД а затем
совместно с изделием - полем рабочей напряженности Нр по кривой ДА. На
ленту воздействуют также поля помех НП подмагничивая отдельные ее участки
до точки С и поля дефектов подмагничивая ее участки до точки Е.
После прекращения действия намагничивающего поля участки ленты не
подвергавшиеся действию полей - помех и полей дефектов приобретают
остаточную намагниченность соответствующую точке Д (перемагничивание
происходит по пунктирной линии АД); такую же намагниченность приобретают
участки ленты в местах действия полей помех НП (перемагничивание по кривой
СД). Контраст записи полей - помех равен нулю. Контраст записи на участках
ленты подвергшихся действию полей дефектов равен (Мd. Таким образом
отношение амплитуд сигнал-шум стремится к бесконечности (приборные шумы не
Для повышения чувствительности контроля изделий когда амплитуда
полезного сигнала незначительно превышает амплитуду сигнала от
наибольшего допустимого дефекта а фон помех меньше сигналов от наибольшего
допустимого дефекта в [24] предложен следующий способ магнитографического
контроля. Перед оценкой качества изделия по магнитограмме ленту
намагничивают по участкам с равными по амплитуде помехами дополнительным
полем направление которого совпадает с направлением поля рабочей
напряженности а величина меньше суммы поля рабочей напряженности и поля от
наибольшего допустимого дефекта. При осуществлении этого способа
поляризованная магнитная лента прижатая к изделию под действием поля
рабочей напряженности Нр перемагничивается по сплошной кривой ОСД. При этом
участки ленты на которые воздействуют также поля помех Нп меньшие поля
наибольшего допустимого дефекта Нnd перемагничиваются по сплошной кривой
ОСEF а участки на которые действуют поля недопустимых дефектов Hd - по
кривой ОСЕJGH1. Затем на ленту снятую с объекта контроля воздействуют
дополнительным полем напряженности Нд равным сумме поля рабочей
напряженности и помех меньших поля наибольшего допустимого дефекта Hnd.
При этом участки ленты находившиеся только под действием поля рабочей
напряженности перемагничиваются по кривой DPCEF а участки ленты
находившиеся под действием полей помех Нп по кривой FREF. Таким образом
контраст магнитной записи поля дефекта определяется отрезком
H1P (больше чем в предыдущем случае) (рисунок 1.2).
Рисунок 4.1 – Пояснение способа магнитографического контроля
При традиционном же способе магнитографического контроля с
использованием поляризованной магнитной ленты объект вместе с лентой
намагничивают полем рабочей напряженности НР. В этом случае вся лента
перемагничивается по кривой ОСД а ее участки находящиеся под действием
полей дефектов Нd по кривой ОGH1 . Те участки на которые воздействовали
внешнее поле и поля-помехи перемагничиваются по кривой ОЕF. Тогда контраст
записи на ленте полей дефектов будет определяться отрезком ДН1 а
полей-помех -ДF. Отношение амплитуд сигнал-шум будет равно ДН1 ДF.
При контроле сварных соединений если намагничивания объекта контроля
производили в поперечном направлении описанные выше операции нужно
выполнять когда лента уложена на поверхность бездефектного контрольного
образца с зачищенными неровностями валика шва [25].
Выводы: высокая чувствительность метода при малой массе магнита
(40(50 г) достигается за счет значительного увеличения напряженности
магнитного поля действующего на дефект вблизи полюса магнита при контроле
способом приложенного поля а также небольшого фона помех т. к.
перемещаемый по поверхности ленты магнит равномерно намагничивает ее по
При обнаружении поверхностных и подповерхностных трещин предпочтение
следует отдавать магнитным методам контроля которые в этом случае обладают
наибольшей чувствительностью.
Подавляющее большинство дефектов сплошности сварных соединений таких
как непровары трещины несплавления цепочки пор подрезы ориентированы
вдоль продольной оси шва.
Однако при магнитографическом методе целесообразно производить
раздельный контроль сварных соединений на наличие протяженных и локальных
дефектов: в первом случае сварной шов следует намагничивать в поперечном
направлении используя при неблагоприятных размерах выпуклости шва
концентраторы магнитной индукции во втором - в продольном направлении
считывая запись с ленты вдоль направления ее остаточной намагниченности.
Разработка оборудования для контроля
1 Анализ литературных источников с целью модернизации оборудования
Намагничивание контролируемой зоны ферромагнитных изделий с
направлением магнитного потока перпендикулярно продольной оси изделия может
выполняться двумя способами: последовательно отдельными участками
расположенными по длине изделия или одновременно по всей длине изделия.
В обоих случаях намагничивающие устройства должны удовлетворять
следующим требованиям:
а) напряженность приложенного поля должна намагничивать контролируемую
зону до состояния насыщения или даже несколько больше. При этом уровень
намагниченности контролируемого изделия должен находиться на верхнем
пологом участке кривой намагничивания соответствующем режиму насыщения;
б) ширина намагничиваемой зоны должна быть выбрана таким образом
чтобы полюсы устройства не касались краев магнитной ленты уложенной на
поверхность контролируемого изделия;
в) в местах перехода магнитного потока от полюсов устройства в изделие
потери его должны быть минимальными;
г) в случае если устройство предназначено для последовательного
намагничивания отдельных участков изделия оно должно легко перемещаться по
поверхности изделия. При одновременном намагничивании всей длины изделия
устройство должно быстро и удобно устанавливаться (закрепляться) на
д) для удобства в эксплуатации намагничивающее устройство должно иметь
как можно меньший вес и потреблять минимальную мощность.
В практике магнитографического контроля получили применение следующие
типы намагничивающих устройств:
-дисковые магниты используемые для контроля листовых конструкций и
труб с толщиной стенки до 5—6 мм;
-подвижные намагничивающие устройства 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 поясов и вилок.
Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств большое
значение имеет минимальное «растекание» потока магнитной ин
дукции. Под условным термином «растекание» потока понимается уменьшение
индукции в контролируемом изделии непосредственно в месте расположения
намагничивающего устройства и на некотором расстоянии от его поперечной
Опыт показал что с уменьшением сечения полюсов и увеличением
расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается.
«Растекание» потока имеет место и при смещении намагничивающего устройства
от места расположения дефекта. С помощью дисковых магнитов вследствие
значительного «растекания» магнитного потока можно контролировать изделия
с толщиной стенки до 6 мм.
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 (дюралюминия). Благодаря значительной длине
магнитопровода (150-200мм) ПНУ обеспечивает одновременное намагничивание
участка изделия с минимальным «растеканием» магнитного потока и эффективное
выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери потока но
позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.
Опытным путем установлено что значительное уменьшение индукции (свыше
—6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смещении
намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60—70
мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна быть
не менее 160—200 мм.
Намагничивающее устройство типа НК (намагничивающие клещи)
предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно
раскрывающийся электромагнит позволяющий одновременно намагничивать
контролируемый стык по всему периметру.
Намагничивающие устройства условно называемые магнитными поясами (МП)
предназначены для магнитографического контроля стыков труб и
других изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки
до 3— 4 мм. Устройства имеют импульсный источник тока и состоят из двух
последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая. Катушки пояса
располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка.
Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном
намагничивании стыка по всему его периметру в универсальности позволяющей
применять одно и то же устройство для намагни-чивания стальных труб
диаметром от 48 до 133 мм и портативности источника тока.
Намагничивающая вилка (НВ) предназначена для контроля стыков труб
небольших диаметров и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса вилки
охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности. Поэтому
контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон.
Намагничивающие вилки удобно применять в тех случаях когда имеется
односторонний доступ к контролируемым швам [26].
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 [27]. “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 [28].
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
Известно намагничивающее устройство для дефектоскопии трубчатых
изделий содержащее n скрепленных между собой П-образных электромагнитов
отличающееся тем что с целью расширения диапазона диаметров
контролируемых изделий оно снабжено двумя полюсными наконечниками
выполненными каждый в виде разъемного кольца с ломаной внешней
поверхностью торцы полюсов электромагнитов выполнены по форме ломаной
поверхности колец а одноименные полюса электромагнитов закреплены на
соответствующем кольце [27].
Проанализировав различные литературные источники можно сделать вывод
что для контроля заданного изделия следует использовать цепочку
электромагнитов с П-образным сердечником прямоугольного сечения. При
определении сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего
устройства исходя из результатов экспериментов по определению «растекания»
потока принимается равной 150—200 мм; высота полюсов выбирается из
конструктивных соображений а длина сердечника равная расстоянию между
полюсами определяется удобным для эксплуатации расстоянием между полюсами
магнита и краями ленты. Необходимое число витков электромагнита
определяется на основе закона полного тока.
Из анализа литературных источников сделаем вывод что следует
проводить раздельный контроль протяженных и локальных дефектов т.к. поля
рассеяния их ведут себя по–разному при различных способах намагничивания.
Для обнаружения локальных дефектов шов следует намагничивать вдоль
продольной оси т.к. в этом случае исключается размагничивающее
действие выпуклости шва и поля рассеяния от дефектов будут максимальны. По
этой же причине с целью обнаружения протяженных дефектов шов следует
намагничивать в поперечном направлении.
2 Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
2.1 Поскольку в данной курсовой работе необходимо провести контроль
изделия на наличие протяженных дефектов то применим поперечное
Для обнаружения протяжённых дефектов намагничивание шва целесообразно
осуществлять цепочкой электромагнитов перемещаемых вдоль сварного шва с
помощью ферромагнитных роликов. Установка для поперечного намагничивания
должна иметь расходную и приёмную катушку для ленты так как контроль
осуществляется не по всей длине шва сразу а постепенно. В оборудовании для
поперечного намагничивания необходимо предусмотреть установку
электродвигателя для работы лентопротяжного механизма. Для уменьшения
скорости вращения до необходимой для контроля требуется установка
2.2 Расчёт режима намагничивания.
Для расчета электромагнита намагничивающего устройства необходимо знать
оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля.
Расчет выполним по методике изложенной в [1920].
Расчет оптимального режима сводится к получению магнитной
характеристики исследуемого материала в виде графика функции [pic] и
отысканию максимального приращения производной на падающей ветви данной
функции. Кривая намагничивания материала контролируемого изделия [pic]
представлена на рисунке 5.2. Используя данные этой кривой строим
зависимость [pic] (рисунок 5.3).
Рисунок 5.2 – Кривая намагничивания изделия
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Рисунок 5.3 – График зависимости (r(В)
Заменим табличные значения функции [pic] соответствующим
интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Значение оптимальной индукции вычислим по формуле:
Чтобы определить значения [pic] и [pic] решим ряд систем уравнений
подставляя численные значения В из кривой [pic]:
Вычислив [pic] и [pic] и подставив в (3) получим значение [pic]Тл.
Следует отметить что расчетное значение [pic] ниже значения полу
ченного экспериментально на 10 20%. Учтём это в окончательном
2.3 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства. Расчёт
выполнен по методике изложенной в [20].
Целью расчета является определение величины намагничивающей силы IW
устройства для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в
обмотке W – число витков обмотки электромагнита.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 5.4):
толщина изделия b=8 мм; толщина полюсов из рекомендаций выбирается в 2 – 3
раза больше толщины изделия примем d=24 мм; расстояние между полюсами L=55
мм; высоту полюса примем равной h=120 мм; ширину полюса выберем c=130 мм;
суммарный зазор (=1мм. Расчёт выполняют при
нимая допущение что растекание магнитного потока в изделии отсутствует
т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
где [pic]– падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии [pic] в зазорах
[pic] и в магнитопроводе [pic]:
где [pic] и [pic] взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 5.2).
Вычислим падение магнитного напряжения в зазорах:
где Н0 – напряжённость поля в зазоре;
( - толщина суммарного зазора.
Строим кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение
(7) по 6-8 значений [pic] и [pic] взятым с кривой намагничивания строим
зависимость [pic] а затем зависимость [pic] в той же системе координат
Рисунок 5.6 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре Uу и в
изделии Uи от магнитного потока в изделии
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в магнитопроводе.
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения B и H так же определяем по кривой намагничивания (рисунок
2). Строим зависимость [pic] (рисунок 5.7).
Рисунок 5.7 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе Uп от
магнитного потока в нём
Чтобы пересчитать [pic] в зависимости от [pic] запишем уравнение
Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 5.5).
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
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из (10) и (11) получаем:
где RF получаем из формул (12) и (13) – оно постоянно; Ry – тоже
[pic] - индукция и напряжённость в изделии соответствующие
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости [pic]после пересчёта по вышеизложенным
формулам (рисунок 5.8).
Рисунок 5.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в изделии
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 5.9)
Рисунок 5.9 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
По известному значению оптимальной индукции [pic] в контролируемом
сечении определяем [pic](рисунок 5.9): U1=3125 А.Затем с учетом
коэффициента заполнения Кз=04 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) определяем число витков обмоточного провода
задаваясь различными диаметрами (d от 0.5 до 3.5 мм):
Примем диаметры обмоточного провода [pic]мм [pic]мм [pic]мм.
Площадь S окна занимаемого всеми витками катушки в сечении
перпендикулярном осям витков определим по формулам:
Число витков магнитопровода опредедлим по формулам:
Определим величину тока в катушке по известным намагничивающей силе
Для учёта того что в сварном соединении присутствует усиление шва
увеличиваем ток в 6-8 раз. Получаем:
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
где lср – средняя длина витка провода в катушке
( – удельное электрическое сопротивление.
Определим электрическое сопротивление обмотки:
Определяем потребляемую мощность:
Так как потребляемые мощности приблизительно одинаковы то
диаметр провода выбираем исходя из приемлемого числа витков катушки
(400W1500) W=1350 при диаметре обмоточного провода 2мм.
3 Описание устройства для контроля и принципа его действия
Установка состоит из цепочки электромагнитов лентопротяжного
механизма состоящего из расходной и приемной кассеты электродвигателя
осуществляющего привод установки и вращение приемной кассеты.
Контроль осуществляется в следующей последовательности. Полотнище
подается на позицию контроля. У начала и конца шва укладываются
технологические пластины они обеспечивают равномерное намагничивание
начала и конца шва. Установку устанавливают одним полюсом на техническую
пластину и на объект контроля так чтобы сварной шов с уложенной на его
поверхности магнитной лентой располагался в полюсных проёмах
При движении установки по объекту происходит намагничивание сварного
соединения а информация о результатах контроля сварного шва записывается
на магнитную ленту. Магнитная лента при движении намагничивающего
устройства перемещается из расходной кассеты в зону контроля.
Самораскручивание ленты из кассеты исключается использованием тормоза.
Для предотвращения обрыва ленты привод накопительной кассеты осуществляется
через резиновый пассик обеспечивающий уменьшение угловой скорости вращения
кассеты при увеличении диаметра намотанной катушки ленты.
Установка при движении по объекту производит намагничивание его и
информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на
наличие протяженных дефектов содержащее цепочку электромагнитов
постоянного тока полюсы которых содержат проёмы для прохождения в них шва
с уложенной на него магнитной лентой установленный на ферромагнитных
роликах механизм перемещения электромагнита и магнитной ленты
приспособление для прижатия ленты ко шву.
Устройство позволяет намагничивать сварное соединение в поперечном
направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществлять перемотку
магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения
устройства осуществлять прижим ленты к контролируемому шву.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и
околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой указанной
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт
используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 8.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная границе
раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а
ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности
то на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в [19] выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с
коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту в
межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем
Закрепить ленту в накопительной кассете.
Подвести установку к объекту контроля.
Осуществить привязку магнитной ленты к объекту контроля (отметить
начало шва номер изделия).
При контроле использовать технологические пластины представляющие
собой продолжение полотнища по которому двигается устройство и
устанавливаются у начала и конца шва.
Технологические пластины изготовлены из того же материала и такой же
толщины что и контролируемое изделие
Произвести настройку магнитографического дефектоскопа по эталонной
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных
швах поры и шлаковые включения глубиной более 25% от толщины
контролируемого изделия.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Для проведения магнитографического контроля стыковых сварных швов
трубопроводов применяют:
- магнитную ленту; намагничивающее устройство; воспроизводящее
- источник электрического тока для питания электромагнита
намагничивающего устройства;
- вспомогательное устройство для прижатия магнитной ленты
кповерхности контролируемого сварного шва и фиксации на нем (может
входить в состав намагничивающего устройства);
- размагничивающее устройство;
- испытательный образец для изготовления контрольной магнитограммы;
- контрольную магнитограмму для настройки чувствительности
Поверка дефектоскопов и намагничивающих устройств выполняется в
порядке и в сроки установленные технической документацией на эти
В дефектоскопе должно обеспечиваться синхронизированное
воспроизведение на экране электронно-лучевой трубки или на носителе
записи регистратора изображения магнитных отпечатков полей дефектов в
виде яркостной индикации а также амплитуды и формы сигналов от них в
виде импульсной индикации или диаграммы максимальных значений сигналов
от дефектов вдоль сварного шва.
Экран электронно-лучевой трубки для импульсной индикации и диаграмма
максимальных значений сигналов от дефектов на носителе регистратора
должны быть снабжены шкалой цена делений которой определяется в
относительных единицах при настройке дефектоскопа по контрольной
Намагничивание контролируемых сварных соединений трубопроводов
должно осуществляться при помощи намагничивающих устройств:
- подвижных позволяющих намагничивать стыковое соединение в
процессе непрерывного или шагового перемещения по периметру трубопровода
- неподвижных позволяющих намагничивать одновременно весь периметр
сварного шва или его значительную часть с одной установки.
Намагничивающие устройства должны иметь полюса с заданным радиусом
кривизны обеспечивающей равномерный зазор между полюсами подвижного
устройства с непрерывным перемещением и поверхностью трубы или плотное
прилегание полюсов подвижного устройства с шаговым перемещением а также
полюсов неподвижного устройства к поверхности трубы для намагничивания
сварного соединения без зазора.
Источник электрического тока должен обеспечивать получение
необходимых режимов намагничивания указанных в технической документации
на магнитографический контроль стыковых сварных швов трубопроводов
различных типоразмеров.
Для установки требуемого режима намагничивания в источнике
электрического тока должна быть предусмотрена возможность плавного или
ступенчатого регулирования выходного напряжения при помощи встроенного
или выносного регулирующего устройства снабженного амперметром на
заданный предел измерения. Интервал регулирования между ступенями не
должен превышать 5 В.
Для магнитографического контроля должна применяться магнитная
лента ширина которой не менее чем на 10 мм превышает ширину валика
усиления контролируемого стыкового шва.
Для магнитографического контроля должны применяться приспособления
(например эластичный пояс) обеспечивающие плотное прижатие магнитной
ленты к поверхности контролируемого сварного шва и неподвижную фиксацию
ленты на стыковом шве во время намагничивания последнего по всему
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.
В курсовой работе разработано устройство для поперечного
намагничивания кольцевого сварного шва трубы определен оптимальный режим
намагничивания и рассчитан электромагнит намагничивающего устройства а
также разработана методика контроля объекта и метрологическое обеспечение
средств дефектоскопии.
К основным результатам можно отнести:
а) анализ литературных источников показал что обнаружение дефектов
в сварных швах изделий из ферромагнитных материалов можно производить
акустическими магнитными (магнитографическим) радиационными методами.
Контроль производили магнитографическим методом вследствие его высокой
чувствительности и производительности;
б) на основании результатов расчета установлено что оптимальное
значение индукции в контролируемом сечении шва составляет 165 Тл;
в) разработано устройство для обнаружения дефектов в сварном шве
конических труб включающее намагничивающие устройства типа «клещи»
позволяющее одновременно намагничивать сварной шов по всему периметру;
е) источником информации об объекте контроля является магнитная
лента И4701 – 35 с коэрцитивной силой HC = 80 Асм = НТР;
ж) разработанное устройство и методика магнитографического контроля
позволяет обнаруживать недопустимые дефекты (протяжённые - h>10%
локальные - h>25 %) в сварных швах конических труб при производительности
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к
курсовой работе для студентов специальности Т 06.01 – ”Приборостроение”.-
Могилев: МГТУ 2001.-28 с. Составитель проф. Новиков В.А.
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль:
Практ. пособие В.Г.Герасимов А.Д.Покровский В.В.Сухоруков.- М.: Высш.
шк. 1992.- 312 с.: ил.
Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник Под ред.
Г.С.Самойловича. – М.: Машиностроение 1976. – 456 с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Лабораторная работа №6.
Исследование эффективности различных способов магнитографического контроля
сварных соединений. Методические указания. – Могилёв: МГТУ 2001. – 16с.
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений А.
С. Фалькевич М. Х. Хусанов. - М.: Машиностроение 1966. – 176 с. ил.
Новиков В.А. Особенности формирования магнитостатического поля шва
на поверхности стыкового сварного соединения Диагностика и
прогнозирование разрушения сварных конструкций. – № 6 1998 с. 53-60.
Новиков В.А. Выбор режима намагничивания при контроле стыковых
сварных соединений магнитографическим методом Техническая диагностика и
неразрушающий контроль. – 1992.- № 2.
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.
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; 083272
– Сведловск.1985– 208 с.: ил.
А.с. 565245 МКИ G01 N 2782. Способ намагничивания при контроле
односторонних сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков (СССР). –
№209083128; Заявлено 24.12.74; Опубл. 15.07.77 Бюл. №26.–4 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. 1196746 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков А.П. Магилинский
(СССР).– №376949125–28; Заявлено 06.07.84; Опубл. 07.12.85 Бюл.№45.–6 с.:
А.с. 1422125 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №418420025–28; Заявлено
01.87; Опубл. 07.09.88 Бюл.№33.–6 с.: ил.
А.с. 1672344 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко (СССР).– №448964728;
Заявлено 03.10.88; Опубл. 23.08.91 Бюл. №31.– 6 с.: ил.
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 В.С. Козлов.
– Мн.: Наука и техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии В.С. Козлов.
– 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. 1633349 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля В.А. Новиков (СССР).– №461751128; Заявлено 08.12.88; Опубл.
03.91 Бюл.№9.– 6 с.: ил.
А.с. 1744630 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №482072328;
Заявлено 03.05.90; Опубл. 30.06.92 Бюл.№27.– 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. 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.
А. с. 1241121 СССР МКИ G01N 2782. Приставное намагничивающее
устройство В.А. Троицкий П.Г. Жуковский (СССР).- №381966225-28.
Заявлено 06.12.84. Опубл. 30.06.86. Бюл. №24- 3с.: ил.

ЗАПИСКА моя гурская.doc

Уровень промышленного развития передовых стран на современном этапе
характеризуется не только объемом производства и ассортиментом
выпускаемой продукции но и показателями ее качества.
Чтобы обеспечить высокое качество продукции необходимо повысить
уровень её контроля. В энергетике машиностроении авиации судостроении
химии на транспорте и в ряде других отраслей объём контрольных операций
очень велик. Трудоемкость контроля некоторых изделий составляет 15-20 %
общих затрат на их изготовление. Однако затраты на контроль быстро
окупаются за счет снижения производственных и эксплуатационных расходов
повышения ресурса работы оборудования.
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
продукции. 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 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 сварка является самым распространённым методом
получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и
дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении. При
изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления корпусов
кораблей резервуаров и других сварных конструкций ответственного
назначения требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных
Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного цикла
любого изделия (сварное соединение) который является гарантией
работоспособности и надёжности сварных соединений и конструкций. В связи
с этим большое значение для повышения качества изготовляемых конструкций
приобретают методы неразрушающего контроля. Применяя средства
неразрушающего контроля можно полностью автоматизировать многие процессы
изготовления изделий повысить производительность труда и качество
выпускаемой продукции.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля сварных соединений полотнищ на наличие
- эскиз объекта контроля;
- материал – сталь Ст 3;
- сварные швы выполнены автоматической сваркой под флюсом;
- минимальная глубина недопустимых дефектов: протяжённых – 10%
локальных – 20% от толщины;
- программа – 400 шт.год.
Необходимо провести анализ характеристик объекта контроля; выбрать
оптимальный метод и способ контроля; выполнить компоновку расчёт и
разработку оборудования для контроля; описать устройство для контроля и
принцип его действия; разработать методику контроля; разработать
метрологическое обеспечение средств контроля.
Разработанное устройство должно обеспечивать максимальную
достоверность и производительность контроля минимальную трудоёмкость и
минимальные затраты на его изготовление.
Характеристика объекта контроля
По заданию курсовой работы необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля сварных соединений полотнищ эскиз которых
представлен на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 – Объект контроля
Материал из которого изготавливается труба – сталь Ст 3. Основные
виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в местах
сварных соединений и будут представлять собой поры различные включения
непровары. Минимальная глубина недопустимых дефектов: непроваров - 10% от
толщины основного металла пор и шлаковых включений –20% от толщины
В курсовой работе необходимо выполнить расчёт оптимального режима
намагничивания рассчитать магнитную цепь состоящую из объекта контроля
и намагничивающего устройства. Определить параметры намагничивающего
устройства такие как геометрическая форма и размеры магнитопровода
количество витков обмотки и диаметр провода мощность устройства и др.
Необходимо так же выбрать тип магнитной ленты для магнитографического
контроля изделия [1].
1 Дефекты сварных соединений объекта и их влияние на
работоспособность конструкции
Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварного соединения и
нередко являются причиной преждевременного разрушения сварных
конструкций. 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 их качества.
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.
Поры – это газовые пустоты в металле шва. Газовые поры образуются в
результате перенасыщения жидкого металла газами которые не успевают
выйти на поверхность во время его быстрой кристаллизации и остаются в нем
в виде пузырьков. Размер внутренних пор колеблется от нескольких
микрометров до 2-3 мм в диаметре. Поры могут быть распределены в шве в
виде отдельных включений в виде цепочки по продольной оси шва или
отдельными группами. Поры если их суммарная площадь в сечение шва
составляет 5-10 % практически не влияют на статическую прочность
соединения. Для конструкций работающих в условиях статического
нагружения допускается площадь пор не более 7% расчетного сечения шва а
для конструкций работающих при вибрационных нагрузках - не более 4-5%.
Поры расположенные в виде цепочки в середине или на краях шва оказывают
более значительное влияние на прочность чем большая пористость но при
беспорядочном расположении пор.
Включения в металле шва – это небольшие объемы заполненные
неметаллическими веществами. Они достигают нескольких миллиметров и могут
быть различной формы. Влияние одиночных включений на работоспособность
конструкций примерно такое же как и пор.
Непровары – дефекты сварных швов заключающиеся в отсутствии
сплавления между металлом шва и основным металлом. Различают непровары по
кромке и непровары по сечению. Первые оказывают большее влияние на
прочность шва. В этом случае между металлом шва и основным металлом
обычно обнаруживаются тонкие прослойки оксидов. Непровары снижают
работоспособность сварного соединения за счет ослабления рабочего
сечения создают концентрацию напряжений в шве. В конструкциях
работающих на статическую нагрузку непровар величиной 10-15% толщины
свариваемого металла не оказывает существенного влияния на
эксплуатационную прочность. Однако он является опасным дефектом если
конструкция работает при вибрационных нагрузках.
Трещины – это частичное местное разрушение сварного соединения. Чаще
всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях они могут
располагаться вдоль и поперек сварного соединения а также в основном
металле в местах пересечения и сосредоточения швов. Трещины – наиболее
опасный дефект сварных швов. Они являются сильными концентраторами
напряжений. Трещины по существующим правилам контроля являются
недопустимым дефектом.
Несплавление – это дефект когда наплавленный металл сварного шва не
сплавляется с основным металлом или с ранее наплавленным металлом
предыдущего слоя того же шва.
Таким образом в контролируемом сварном шве наиболее вероятны такие
дефекты как непровары поры и включения. Деталь изготовлена из магнитной
стали Ст 3 которая относится к числу хорошо свариваемых а также хорошо
Обоснование выбора метода контроля
Важнейшими характеристиками технических возможностей методов
контроля являются: чувствительность и разрешающая способность метода
достоверность результатов контроля надежность аппаратуры и простота
технологического процесса контроля производительность контроля.
Чувствительность метода определяется наименьшими размерами
выявляемых дефектов: а) у поверхностных – шириной раскрытия у выхода на
поверхность протяженностью в глубь металла и по поверхности детали; б) у
глубинных – размерами дефекта с указанием глубины залегания.
Чувствительность зависит в основном от особенностей метода неразрушающего
контроля (НК) технических данных применяемой аппаратуры и
дефектоскопических материалов чистоты обработки поверхности
контролируемой детали ее материала условий контроля и других факторов.
Разрешающая способность дефектоскопа определяется наименьшим
расстоянием между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами для
которых возможна их раздельная регистрация.
Достоверность результатов дефектоскопического контроля определяется
вероятностью пропуска деталей с явными дефектами или необоснованной
браковкой годных деталей.
При выборе метода неразрушающего контроля конкретных деталей и узлов
необходимо учитывать кроме специфических особенностей и технических
возможностей каждого метода следующие факторы: характер дефекта и его
расположение условия работы деталей и ТУ на отбраковку материал детали
состояние и чистоту обработки поверхности форму и размер детали зоны
контроля доступность детали и зоны контроля условия контроля
чувствительность контроля.
Специфические особенности каждого вида неразрушающего контроля
делают необходимым проведение анализа 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 объектом контроля;
-по первичному информативному параметру физического поля;
-по способу получения первичной информации.
Проанализируем различные методы неразрушающего контроля с точки
зрения возможности их применения для обнаружения дефектов в сварных швах
Так как обнаружению подлежат внутренние дефекты то оптические
методы для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для
обнаружения дефектов в сварных конструкциях тепловых методов. Остановимся
более подробно на анализе акустических вихретоковых радиационных и
магнитных методов контроля.
Вихретоковый метод 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. С помощью вихретокового метода обнаруживают дефекты типа
несплошностей выходящих на поверхность или залегающих на небольшой
глубине а также разнообразные трещины расслоения закаты раковины
неметаллические включения и т.д. При благоприятных условиях контроля и
малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 01 –
мм протяженностью 1-2 мм. 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 контроля [3]. Вихретоковые
методы редко применяют при контроле сварных швов так как
электропроводность отдельных зон шва и около шовной зоны значительно
меняются то это создает помехи при выявлении дефектов сварного шва [3].
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и
анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с
контролируемым объектом. Методы радиационной дефектоскопии могут успешно
применяются 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 не всегда высокую
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).
Перечисленные выше недостатки акустического метода и определяют его
неприемлемость для контроля данного изделия так как оно во-первых
имеет тонкие стенки и мёртвая зона преобразователя не позволит
проконтролировать шов во-вторых из-за малого диаметра шва его
поверхность имеет большую кривизну что не позволит подступиться к нему с
обычным преобразователем.
Магнитный метод контроля применяют в основном для контроля изделий
из ферромагнитных материалов т. е. из материалов которые способны
существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием
внешнего (намагничивающего) магнитного поля. 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.
Метод магнитной дефектоскопии для различных случаев практики
выбирают в зависимости от ряда факторов важнейшими из которых являются
возможность выявления дефектов разрешающая способность технико-
экономические показатели и удобство применения для контроля конкретных
Магнитно-порошковая дефектоскопия основана на визуальном наблюдении
за концентрацией частиц магнитного порошка втягивающихся в поле
рассеяния над дефектом. Процесс контроля сплошности стальных деталей с
помощью магнитного порошка состоит из следующих операций: а)
намагничивания деталей в направлении наиболее резко отличающемся от
возможного расположения дефектов; б) полива контролируемой зоны магнитной
суспензией или посыпания сухим магнитным порошком; в) внешнего осмотра
детали и фиксации мест скопления магнитных частиц в местах расположения
дефектов; г) размагничивания деталей.
Разрешающая способность магнитопорошковой дефектоскопии позволяет
выявлять в сварных швах ферромагнитных деталей дефекты находящиеся на
поверхности или залегающие внутри изделия на глубине до 6 мм. Дефекты
расположенные на глубине до 2 мм наиболее четко выявляются если имеют
острые края в виде трещин и непроваров и значительно менее четко
выявляются дефекты округлой формы (газовые поры и шлаковые включения).
Основные достоинства магнитно-порошкового метода заключаются в его
наглядности и простоте и позволяют непосредственно после намагничивания
визуально определять наличие дефектов в контролируемой детали.
Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков обусловленных
сравнительно небольшим диапазоном глубин залегания дефектов малой
чувствительностью при выявлении дефектов с закругленными краями
трудностью осуществления контроля в разных пространственных положениях
(из-за осыпания порошка или стекания эмульсии).
При контроле сварных соединений из ферромагнитных объектов
достаточно широко применяют магнитографический метод контроля который
заключается в намагничивании зоны контролируемого металла или сварного
шва вместе с прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем
(лентой) фиксации на нем возникающих в местах дефектов полей рассеяния и
последующем воспроизведении полученной записи. Этот метод применяют в
основном для проверки сплошности сварных швов трубопроводов и конструкций
различных сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной
Таким образом магнитографический метод контроля состоит в основном
из двух операций: намагничивания контролируемых изделий с записью полей
дефектов на магнитную ленту и считывания записи с индикацией полученных
сигналов. В зависимости от выбранной методики контроля эти операции могут
осуществляться раздельно либо непрерывно следовать друг за другом.
В связи с тем что магнитографический контроль в настоящее время в
основном используется для проверки сплошности ферромагнитных материалов
обладающих небольшой коэрцитивной силой (низкоуглеродистые и
низколегированные стали) намагничивание изделий обычно осуществляется в
приложенном поле с помощью специальных электромагнитов (намагничивающих
устройств). Считывание магнитных отпечатков полей дефектов с магнитной
ленты выполняется в специальных дефектоскопах где зафиксированная на
ленте магнитная энергия при помощи магнитных головок воспроизводится в
электрические сигналы.
Принципиальные отличия магнитографического контроля от других
методов магнитной дефектоскопии заключаются в следующем:
а) ферромагнитные частицы магнитоносителя не могут перемещаться а
под воздействие имеющихся на данном участке изделия полей рассеяния
изменяют только свою полярность и намагниченность. Благодаря этому
магнитографический контроль обладает значительно большей эффективностью
чем порошковый метод при котором частицы порошка в основном скапливаются
на границах сварного шва и основного металла;
б) на магнитной ленте с определенной степенью точности фиксируются
размеры отпечатков полей рассеяния от дефектов и их топография что дает
возможность при считывании записи осуществлять количественную и
качественную оценку дефектов;
в) эластичный магнитоноситель — магнитная лента может быть
использован как объективный документ сохраняющий данные о качестве
сварного соединения ответственного назначения.
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 [4].
Наибольшее применение магнитографический метод получил при контроле
сварных швов различного рода трубопроводов и листовых конструкций [2].
Эффективность метода НК определяется большим числом факторов
главные из которых – выявляемость дефектов производительность
оперативность безопасность и стоимость.
Проведем сопоставление рассмотренных методов контроля для
дефектоскопии заданного объекта контроля. С точки зрения выявляемости
магнитные и вихретоковые методы позволяют обнаруживать как поверхностные
так и подповерхностные (залегающие на глубине в несколько мм) дефекты.
Радиационными и акустическими методами можно обнаружить дефекты как
поверхностные так и внутренние но эти методы преимущественно используют
для выявления внутренних дефектов. Определенную опасность для
обслуживающего персонала представляют радиационные методы контроля. По
возможности автоматизации контроля наиболее благоприятны вихретоковый
контроль магнитные методы с феррозондовыми индукционными и другими
типами преобразователей. Главные их преимущества заключаются в отсутствии
прямого контакта преобразователя с изделием и в представлении информации
о дефектах в виде показаний приборов. Перечисленным методам уступает
ультразвуковой метод для которого необходим акустический контакт
преобразователя с изделием например через слой воды. Трудность
автоматизации других методов неразрушающего контроля заключается в
необходимости визуальной обработки информации о дефектах.
Подводя итоги приведенному краткому обзору методов неразрушающего
контроля можно констатировать что в современных условиях наиболее
пригодным для контроля сплошности заданного изделия является
магнитографический метод контроля. Он обеспечивает высокую
чувствительность к наиболее опасным дефектам высокую производительность
малую подверженность действию мешающих факторов безопасность для
обслуживающего персонала.
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 намагничивании.
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 [67]. Это значит что предварительный режим намагничивания
при магнитографическом контроле необходимо устанавливать в зависимости от
(. 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 [8].
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( 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). Поле дефекта с увеличением глубины
залегания дефекта претерпевает не только количественное но и
качественное изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта H(d
из колоколообразной трансформируется в дугообразную максимум которой
смещается к краям валика шва. Это обусловливает появление в шве областей
качественно разной выявляемости дефектов [9].
Если дефект расположен в корне шва то максимумы нелокализованного
поля дефекта могут совпадать с краями валика шва и на сигналограмме
будет наблюдаться лишь изменение амплитуд помех обусловленных валиком
шва. Эта особенность использована в [10] для разработки способа
намагничивания при контроле односторонних сварных соединений. Сущность
способа состоит в следующем. На поверхность контролируемого объекта с
обратной стороны шва укладывают пластину прямоугольного сечения а затем
две пластины со скосом кромки стык которых расположен в плоскости
симметрии шва. Толщину пластины прямоугольного сечения выбирают такой
чтобы стык пластин со скосом кромки находился в области корня шва. В этом
случае “ложный” сигнал от стыка на сигналограмме либо будет
отсутствовать либо такие сигналы не будут превышать фон помех. Итак
стык пластин со скосом кромки создает дополнительное поле которое
подмагничивает шов однако сам стык как дефект не обнаруживается. Дефекты
же сплошности сварного соединения располагаются ближе к поверхности
сильно намагниченного шва а потому будут создавать значительные поля
рассеяния и могут быть уверенно обнаружены.
Описанный способ позволяет значительно повысить чувствительность
контроля сварных соединений однако имеет существенный недостаток:
необходим подход к обратной стороне шва. Кроме того способ
магнитографического контроля целесообразно использовать при отсутствии
обратного валика шва.
Если нет подхода к обратной стороне шва то для повышения
чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в
виде подковообразного магнита [11] либо в виде двух пластин
прямоугольного сечения рабочие поверхности которых расположены на
одинаковых расстояниях от зоны перехода шва к основному металлу [12].
Расстояние между концентраторами магнитной индукции выбирают из условия
возникновения минимально допустимых помех на сигналограмме.
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции
в контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля
в зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной индукции.
Указанный способ однако не обеспечивает требуемой чувствительности
контроля реальных сварных швов вследствие недостаточно высокой
напряженности намагничивающего поля обладает сравнительно низкой
достоверностью контроля т.к. шов в поперечном направлении намагничен
неравномерно (сильнее у краев) неудобен в реализации из-за
затруднительного подхода к валику контролируемого шва.
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 0( ( (4мм [1314]. 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 [15]
предложено расстояние между рабочими гранями концентраторов магнитной
индукции в намагничивающем устройстве установить 6 - 8 мм а при контроле
судить только о качестве участка шва находящегося в плоскости симметрии
валика и его окрестностях ((2мм) т.к. по статистическим данным около 90
% дефектов сплошности располагается в плоскости симметрии шва. О качестве
остального шва можно судить и по результатам традиционного способа
магнитографического контроля : шов у краев намагничен обычно достаточно
для уверенного обнаружения дефектов.
В [16] предлагается концентраторы магнитной индукции расположить на
расстоянии 4 ( 5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающим
устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы
под углом не более 10° к продольной оси шва. Магнитную ленту необходимо
при этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае могут
обнаруживаться непровары величиной 5 % и более от толщины основного
Описанные выше способы магнитографического контроля предназначены
для обнаружения протяженных дефектов в шве (трещин непроваров подрезов
цепочек пор). Чувствительность метода при этом максимальна т.к. вектор
напряженности намагничивающего поля перпендикулярен направлению
распространения дефекта. Локальные дефекты (одиночные поры шлаковые
включения) не имеют такой преимущественной ориентации: в плоскости
изделия они имеют округлую форму. Чувствительность контроля реальных
сварных швов на наличие таких дефектов составляет 80 ( 100 % от толщины
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых
включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси
[17]. 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.
Идеальные условия для обнаружения одиночных пор и шлаковых включений
будут созданы если шов вместе с прижатой к его поверхности лентой
намагничивать вдоль продольной оси [18]. При этом приблизительно в 4
раза повышается чувствительность контроля отсутствуют помехи
обусловленные валиком шва в 15(20 раз снижается потребляемая мощность
получается сигналограмма удобная для расшифровки и дальнейшей обработки.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой
разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от
непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности
метода в [18] 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 (
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. При намагничивании вдоль цепочки пор поля дефектов
перекрываются при меньшем расстоянии между дефектами чем при
намагничивании в поперечном направлении.
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 [19]. При этом 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 обмоток в головках.
Недостаток - двухканальная дифференциальная головка регистрирует
лишь локальные дефекты либо начало и конец протяженного дефекта.
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 [20]. Запуск селектора осуществляется регулируемым
управляющим импульсом сформированным помехой обусловленной одним из
Для отстройки от помех обусловленных валиком шва и поверхностными
неровностями в [21] 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.
При отстройке от помех обусловленных валиком шва указанным
способом теряется информация о наружных дефектах а амплитуда сигнала от
внутреннего дефекта уменьшается. Кроме того полная отстройка от помех
обусловленных валиком шва имеет место только в некоторых частных
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния
совпадающие с краем валика шва в [22] 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 [23] 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 предлагаемом способе контроля поляризованную ленту
вначале намагничивают полем заданной напряженности по кривой ОСД а
затем совместно с изделием - полем рабочей напряженности Нр по кривой ДА.
На ленту воздействуют также поля помех НП подмагничивая отдельные ее
участки до точки С и поля дефектов подмагничивая ее участки до точки Е.
После прекращения действия намагничивающего поля участки ленты не
подвергавшиеся действию полей - помех и полей дефектов приобретают
остаточную намагниченность соответствующую точке Д (перемагничивание
происходит по пунктирной линии АД); такую же намагниченность приобретают
участки ленты в местах действия полей помех НП (перемагничивание по
кривой СД). Контраст записи полей - помех равен нулю. Контраст записи на
участках ленты подвергшихся действию полей дефектов равен (Мd. Таким
образом отношение амплитуд сигнал-шум стремится к бесконечности
(приборные шумы не учитываются).
Для повышения чувствительности контроля изделий когда амплитуда
полезного сигнала незначительно превышает амплитуду сигнала от
наибольшего допустимого дефекта а фон помех меньше сигналов от
наибольшего допустимого дефекта в [24] предложен следующий способ
магнитографического контроля. Перед оценкой качества изделия по
магнитограмме ленту намагничивают по участкам с равными по амплитуде
помехами дополнительным полем направление которого совпадает с
направлением поля рабочей напряженности а величина меньше суммы поля
рабочей напряженности и поля от наибольшего допустимого дефекта. При
осуществлении этого способа поляризованная магнитная лента прижатая к
изделию под действием поля рабочей напряженности Нр перемагничивается
по сплошной кривой ОСД. При этом участки ленты на которые воздействуют
также поля помех Нп меньшие поля наибольшего допустимого дефекта Нnd
перемагничиваются по сплошной кривой ОСEF а участки на которые
действуют поля недопустимых дефектов Hd - по кривой ОСЕJGH1. Затем на
ленту снятую с объекта контроля воздействуют дополнительным полем
напряженности Нд равным сумме поля рабочей напряженности и помех
меньших поля наибольшего допустимого дефекта Hnd.
При этом участки ленты находившиеся только под действием поля
рабочей напряженности перемагничиваются по кривой DPCEF а участки
ленты находившиеся под действием полей помех Нп по кривой FREF. Таким
образом контраст магнитной записи поля дефекта определяется отрезком H1P
(больше чем в предыдущем случае) (рисунок 1.2).
Рисунок 4.1 – Пояснение способа магнитографического контроля
При традиционном же способе магнитографического контроля с
использованием поляризованной магнитной ленты объект вместе с лентой
намагничивают полем рабочей напряженности НР.В этом случае вся лента
перемагничивается по кривой ОСД а ее участки находящиеся под действием
полей дефектов Нd по кривой ОGH1 . Те участки на которые воздействовали
внешнее поле и поля-помехи перемагничиваются по кривой ОЕF. Тогда
контраст записи на ленте полей дефектов будет определяться отрезком ДН1
а полей-помех -ДF. Отношение амплитуд сигнал-шум будет равно ДН1 ДF.
При контроле сварных соединений если намагничивания объекта
контроля производили в поперечном направлении описанные выше операции
нужно выполнять когда лента уложена на поверхность бездефектного
контрольного образца с зачищенными неровностями валика шва [25].
Выводы: высокая чувствительность метода при малой массе магнита
(40(50 г) достигается за счет значительного увеличения напряженности
магнитного поля действующего на дефект вблизи полюса магнита при
контроле способом приложенного поля а также небольшого фона помех т. к.
перемещаемый по поверхности ленты магнит равномерно намагничивает ее по
При обнаружении поверхностных и подповерхностных трещин предпочтение
следует отдавать магнитным методам контроля которые в этом случае
обладают наибольшей чувствительностью.
Подавляющее большинство дефектов сплошности сварных соединений
таких как непровары трещины несплавления цепочки пор подрезы
ориентированы вдоль продольной оси шва.
Однако при магнитографическом методе целесообразно производить
раздельный контроль сварных соединений на наличие протяженных и локальных
дефектов: в первом случае сварной шов следует намагничивать в поперечном
направлении используя при неблагоприятных размерах выпуклости шва
концентраторы магнитной индукции во втором - в продольном направлении
считывая запись с ленты вдоль направления ее остаточной намагниченности.
Разработка оборудования для контроля
1 Анализ литературных источников с целью модернизации оборудования
Намагничивание контролируемой зоны ферромагнитных изделий с
направлением магнитного потока перпендикулярно продольной оси изделия
может выполняться двумя способами: последовательно отдельными участками
расположенными по длине изделия или одновременно по всей длине изделия.
В обоих случаях намагничивающие устройства должны удовлетворять
следующим требованиям:
а) напряженность приложенного поля должна намагничивать
контролируемую зону до состояния насыщения или даже несколько больше. При
этом уровень намагниченности контролируемого изделия должен находиться на
верхнем пологом участке кривой намагничивания соответствующем режиму
б) ширина намагничиваемой зоны должна быть выбрана таким образом
чтобы полюсы устройства не касались краев магнитной ленты уложенной на
поверхность контролируемого изделия;
в) в местах перехода магнитного потока от полюсов устройства в
изделие потери его должны быть минимальными;
г) в случае если устройство предназначено для последовательного
намагничивания отдельных участков изделия оно должно легко перемещаться
по поверхности изделия. При одновременном намагничивании всей длины
изделия устройство должно быстро и удобно устанавливаться (закрепляться)
д) для удобства в эксплуатации намагничивающее устройство должно
иметь как можно меньший вес и потреблять минимальную мощность.
В практике магнитографического контроля получили применение
следующие типы намагничивающих устройств:
-дисковые магниты используемые для контроля листовых конструкций и
труб с толщиной стенки до 5—6 мм;
-подвижные намагничивающие устройства 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 поясов и вилок.
Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств большое
значение имеет минимальное «растекание» потока магнитной индукции. Под
условным термином «растекание» потока понимается уменьшение индукции в
контролируемом изделии непосредственно в месте расположения
намагничивающего устройства и на некотором расстоянии от его поперечной
Опыт показал что с уменьшением сечения полюсов и увеличением
расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается.
«Растекание» потока имеет место и при смещении намагничивающего
устройства от места расположения дефекта. С помощью дисковых магнитов
вследствие значительного «растекания» магнитного потока можно
контролировать изделия с толщиной стенки до 6 мм.
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 (дюралюминия). Благодаря значительной длине
магнитопровода (150-200мм) ПНУ обеспечивает одновременное намагничивание
участка изделия с минимальным «растеканием» магнитного потока и
эффективное выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери
потока но позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.
Опытным путем установлено что значительное уменьшение индукции
(свыше 5—6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смещении
намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60—70
мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна
быть не менее 160—200 мм.
Намагничивающее устройство типа НК (намагничивающие клещи)
предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно
раскрывающийся электромагнит позволяющий одновременно намагничивать
контролируемый стык по всему периметру.
Намагничивающие устройства условно называемые магнитными поясами
(МП) предназначены для магнитографического контроля стыков труб и других
изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки до 3—
мм. Устройства имеют импульсный источник тока и состоят из двух
последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая. Катушки пояса
располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка.
Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном
намагничивании стыка по всему его периметру в универсальности
позволяющей применять одно и то же устройство для намагничивания стальных
труб диаметром от 48 до 133 мм и портативности источника тока.
Намагничивающая вилка (НВ) предназначена для контроля стыков труб
небольших диаметров и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса
вилки охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности.
Поэтому контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон.
Намагничивающие вилки удобно применять в тех случаях когда имеется
односторонний доступ к контролируемым швам [26].
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 [27]. “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 [28].
При одностороннем контроле сварного шва для повышения
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 сигналограмме.
Известно намагничивающее устройство для дефектоскопии трубчатых
изделий содержащее n скрепленных между собой П-образных электромагнитов
отличающееся тем что с целью расширения диапазона диаметров
контролируемых изделий оно снабжено двумя полюсными наконечниками
выполненными каждый в виде разъемного кольца с ломаной внешней
поверхностью торцы полюсов электромагнитов выполнены по форме ломаной
поверхности колец а одноименные полюса электромагнитов закреплены на
соответствующем кольце [27].
Проанализировав различные литературные источники можно сделать
вывод что для контроля заданного изделия следует использовать
электромагнит с П-образным сердечником прямоугольного сечения. При
определении сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего
устройства исходя из результатов экспериментов по определению
«растекания» потока принимается равной 150—200 мм; высота полюсов
выбирается из конструктивных соображений а длина сердечника равная
расстоянию между полюсами определяется удобным для эксплуатации
расстоянием между полюсами магнита и краями ленты. Необходимое число
витков электромагнита определяется на основе закона полного тока.
Из анализа литературных источников сделаем вывод что следует
проводить раздельный контроль протяженных и локальных дефектов т.к. поля
рассеяния их ведут себя по–разному при различных способах намагничивания.
Для обнаружения локальных дефектов шов следует намагничивать вдоль
продольной оси т.к. в этом случае исключается размагничивающее действие
выпуклости шва и поля рассеяния от дефектов будут максимальны. По этой
же причине с целью обнаружения протяженных дефектов шов следует
намагничивать в поперечном направлении.
2 Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
2.1 Компоновка оборудования для контроля. Поскольку в данной
курсовой работе необходимо провести контроль изделия на наличие локальных
дефектов то применим продольное намагничивание.
Для продольного намагничивания достаточно одного электромагнита
который будет обеспечивать намагничивание шва. Установка для продольного
намагничивания должна иметь расходную и приёмную катушку для ленты так
как контроль осуществляется не по всей длине шва сразу а постепенно. В
оборудовании для продольного намагничивания необходимо предусмотреть
установку электродвигателя для работы лентопротяжного механизма. Для
уменьшения скорости вращения до необходимой для контроля требуется
установка редуктора.
2.2 Расчёт режима намагничивания. Для расчета электромагнита
намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное значение
индукции в контролируемых сечениях объекта контроля. Расчет выполним по
методики изложенной в [1920].
Расчет оптимального режима сводится к получению магнитной
характеристики исследуемого материала в виде графика функции [pic] и
отысканию максимального приращения производной на падающей ветви данной
функции. Кривая намагничивания материала контролируемого изделия [pic]
представлена на рисунке 5.2. Используя данные этой кривой строим
зависимость [pic] (рисунок 5.3).
Рисунок 5.2 – Кривая намагничивания изделия
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Рисунок 5.3 – График зависимости (r(В)
Заменим табличные значения функции [pic] соответствующим
интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Значение оптимальной индукции вычислим по формуле:
Чтобы определить значения [pic] и [pic] решим ряд систем уравнений
подставляя численные значения В из кривой [pic]:
Вычислив [pic] и [pic] и подставив в (3) получим значение [pic]Тл.
Следует отметить что расчетное значение [pic] ниже значения
полученного экспериментально на 10 20%. Учтём это в окончательном
2.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства. Расчёт
выполнен по методике изложенной в [20].
Целью расчета является определение величины намагничивающей силы IW
устройства для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в
обмотке W – число витков обмотки электромагнита.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок
4): толщина стенки изделия b=10 мм; толщина полюсов из рекомендаций
выбирается в 2 – 3 раза больше толщины изделия примем d=24 мм;
расстояние между полюсами L=110 мм; высоту полюса примем равной h=100 мм;
ширину полюса выберем c=200 мм; суммарный зазор (=1мм. Расчёт выполняют
принимая допущение что растекание магнитного потока в изделии
отсутствует т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
где [pic]– падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии [pic] в
зазорах [pic] и в магнитопроводе [pic]:
где [pic] и [pic] взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок
Вычислим падение магнитного напряжения в зазорах:
где Н0 – напряжённость поля в зазоре;
( - толщина суммарного зазора.
Строим кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение
(7) по 6-8 значений [pic] и [pic] взятым с кривой намагничивания строим
зависимость [pic] а затем зависимость [pic] в той же системе координат
Рисунок 5.6 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре Uу и в
изделии Uи от магнитного потока в изделии
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в магнитопроводе.
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения B и H так же определяем по кривой намагничивания (рисунок
2). Строим зависимость [pic] (рисунок 5.7).
Рисунок 5.7 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе Uп
от магнитного потока в нём
Чтобы пересчитать [pic] в зависимости от [pic] запишем уравнение
Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 5.5).
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
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из (10) и (11) получаем:
где RF получаем из формул (12) и (13) – оно постоянно; Ry – тоже
[pic] - индукция и напряжённость в изделии соответствующие
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости [pic]после пересчёта по вышеизложенным
формулам (рисунок 5.8).
Рисунок 5.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от
магнитного потока в изделии
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 5.9)
Рисунок 5.9 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
По известному значению оптимальной индукции [pic] в контролируемом
сечении определяем [pic](рисунок 5.9). Затем с учетом коэффициента
заполнения Кз=04 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) определяем число витков обмоточного провода задаваясь
различными диаметрами (d от 05 до 35 мм):
Примем диаметры обмоточного провода [pic]мм [pic]мм [pic]мм.
Площадь S окна занимаемого всеми витками катушки в сечении
перпендикулярном осям витков определим по формулам:
Число витков магнитопровода опредедлим по формулам:
Определим величину тока в катушке по известным намагничивающей силе
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
где [pic]-средняя линия витка провода в катушке
[pic]- удельное электрическое сопротивление.
Определим электрическое сопротивление обмотки:
Определим потребляемую мощность:
Так как потребляемые мощности приблизительно одинаковы то диаметр
провода выбираем исходя из приемлемого числа витков катушки (400W1500)
W=800 при диаметре обмоточного провода 2мм.
3 Описание устройства для контроля и принципа его действия
Установка состоит из одиночного электромагнита лентопротяжного
механизма состоящего из расходной 4 и приемной кассеты 3
электродвигателя 22 осуществляющего привод установки и вращение приемной
Контроль осуществляется в следующей последовательности. Полотнище
подается на позицию контроля. У начала и конца шва укладываются
технологические пластины они обеспечивают равномерное намагничивание
начала и конца шва. Установку устанавливают одним полюсом на техническую
пластину и на объект контроля так чтобы сварной шов с уложенной на его
поверхности магнитной лентой располагался в полюсных проёмах
При движении установки по объекту происходит намагничивание сварного
соединения а информация о результатах контроля сварного шва записывается
на магнитную ленту. Магнитная лента при движении намагничивающего
устройства перемещается из расходной кассеты в зону контроля.
Самораскручивание ленты из кассеты исключается использованием тормоза.
Для предотвращения обрыва ленты привод накопительной кассеты
осуществляется через резиновый пассик обеспечивающий уменьшение угловой
скорости вращения кассеты при увеличении диаметра намотанной катушки
Установка при движении по объекту производит намагничивание его и
информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на
наличие локальных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока
полюсы которого содержат проёмы для прохождения в них шва с уложенной на
него магнитной лентой установленный на ферромагнитных роликах механизм
перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия
Устройство позволяет намагнитить сварное соединение в продольном
направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществить перемотку
магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения
устройства осуществить прижатие ленты к контролируемому шву.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и
околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт
используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 6.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная
границе раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а
ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности то
на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в 19 выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с
коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту
в межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным
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
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных
швах поры и шлаковые включения глубиной более 25% от толщины
контролируемого изделия.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Для проведения магнитографического контроля стыковых сварных швов
трубопроводов применяют:
- магнитную ленту; намагничивающее устройство; воспроизводящее
- источник электрического тока для питания электромагнита
намагничивающего устройства;
- вспомогательное устройство для прижатия магнитной ленты
кповерхности контролируемого сварного шва и фиксации на нем (может
входить в состав намагничивающего устройства);
- размагничивающее устройство;
- испытательный образец для изготовления контрольной магнитограммы;
- контрольную магнитограмму для настройки чувствительности
Поверка дефектоскопов и намагничивающих устройств выполняется в
порядке и в сроки установленные технической документацией на эти
В дефектоскопе должно обеспечиваться синхронизированное
воспроизведение на экране электронно-лучевой трубки или на носителе
записи регистратора изображения магнитных отпечатков полей дефектов в
виде яркостной индикации а также амплитуды и формы сигналов от них в
виде импульсной индикации или диаграммы максимальных значений сигналов
от дефектов вдоль сварного шва.
Экран электронно-лучевой трубки для импульсной индикации и диаграмма
максимальных значений сигналов от дефектов на носителе регистратора
должны быть снабжены шкалой цена делений которой определяется в
относительных единицах при настройке дефектоскопа по контрольной
Намагничивание контролируемых сварных соединений трубопроводов
должно осуществляться при помощи намагничивающих устройств:
- подвижных позволяющих намагничивать стыковое соединение в
процессе непрерывного или шагового перемещения по периметру трубопровода
- неподвижных позволяющих намагничивать одновременно весь периметр
сварного шва или его значительную часть с одной установки.
Намагничивающие устройства должны иметь полюса с заданным радиусом
кривизны обеспечивающей равномерный зазор между полюсами подвижного
устройства с непрерывным перемещением и поверхностью трубы или плотное
прилегание полюсов подвижного устройства с шаговым перемещением а также
полюсов неподвижного устройства к поверхности трубы для намагничивания
сварного соединения без зазора.
Источник электрического тока должен обеспечивать получение
необходимых режимов намагничивания указанных в технической документации
на магнитографический контроль стыковых сварных швов трубопроводов
различных типоразмеров.
Для установки требуемого режима намагничивания в источнике
электрического тока должна быть предусмотрена возможность плавного или
ступенчатого регулирования выходного напряжения при помощи встроенного
или выносного регулирующего устройства снабженного амперметром на
заданный предел измерения. Интервал регулирования между ступенями не
должен превышать 5 В.
Для магнитографического контроля должна применяться магнитная
лента ширина которой не менее чем на 10 мм превышает ширину валика
усиления контролируемого стыкового шва.
Для магнитографического контроля должны применяться приспособления
(например эластичный пояс) обеспечивающие плотное прижатие магнитной
ленты к поверхности контролируемого сварного шва и неподвижную фиксацию
ленты на стыковом шве во время намагничивания последнего по всему
Мероприятия по охране труда
Работу по магнитографическому контролю следует вести в
соответствии с требованиями:
- 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 клеммах
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.
В курсовой работе разработано устройство для поперечного
намагничивания кольцевого сварного шва трубы определен оптимальный режим
намагничивания и рассчитан электромагнит намагничивающего устройства а
также разработана методика контроля объекта и метрологическое обеспечение
средств дефектоскопии.
К основным результатам можно отнести:
а) анализ литературных источников показал что обнаружение дефектов
в сварных швах изделий из ферромагнитных материалов можно производить
акустическими магнитными (магнитографическим) радиационными методами.
Контроль производили магнитографическим методом вследствие его высокой
чувствительности и производительности;
б) на основании результатов расчета установлено что оптимальное
значение индукции в контролируемом сечении шва составляет 165 Тл;
в) разработано устройство для обнаружения дефектов в сварном шве
конических труб включающее намагничивающие устройства типа «клещи»
позволяющее одновременно намагничивать сварной шов по всему периметру;
е) источником информации об объекте контроля является магнитная
лента И4701 – 35 с коэрцитивной силой HC = 80 Асм = НТР;
ж) разработанное устройство и методика магнитографического контроля
позволяет обнаруживать недопустимые дефекты (протяжённые - h>10%
локальные - h>25 %) в сварных швах конических труб при производительности
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания
к курсовой работе для студентов специальности Т 06.01 –
”Приборостроение”.-Могилев: МГТУ 2001.-28 с. Составитель проф. Новиков
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль:
Практ. пособие В.Г.Герасимов А.Д.Покровский В.В.Сухоруков.- М.: Высш.
шк. 1992.- 312 с.: ил.
Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник Под ред.
Г.С.Самойловича. – М.: Машиностроение 1976. – 456 с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Лабораторная работа
№6. Исследование эффективности различных способов магнитографического
контроля сварных соединений. Методические указания. – Могилёв: МГТУ
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений
А. С. Фалькевич М. Х. Хусанов. - М.: Машиностроение 1966. – 176 с.
Новиков В.А. Особенности формирования магнитостатического поля
шва на поверхности стыкового сварного соединения Диагностика и
прогнозирование разрушения сварных конструкций. – № 6 1998 с. 53-60.
Новиков В.А. Выбор режима намагничивания при контроле стыковых
сварных соединений магнитографическим методом Техническая диагностика и
неразрушающий контроль. – 1992.- № 2.
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.
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.
08.85; 083272 – Сведловск.1985– 208 с.: ил.
А.с. 565245 МКИ G01 N 2782. Способ намагничивания при контроле
односторонних сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков (СССР). –
№209083128; Заявлено 24.12.74; Опубл. 15.07.77 Бюл. №26.–4 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.
А.с. 1196746 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков А.П. Магилинский
(СССР).– №376949125–28; Заявлено 06.07.84; Опубл. 07.12.85 Бюл.№45.–6
А.с. 1422125 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №418420025–28; Заявлено
01.87; Опубл. 07.09.88 Бюл.№33.–6 с.: ил.
А.с. 1672344 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко (СССР).– №448964728;
Заявлено 03.10.88; Опубл. 23.08.91 Бюл. №31.– 6 с.: ил.
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 В.С.
Козлов. – Мн.: Наука и техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии В.С.
Козлов. – 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
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. 07.01.90 Бюл.№1.– 6 с.: ил.
А.с. 1633349 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля В.А. Новиков (СССР).– №461751128; Заявлено 08.12.88; Опубл.
03.91 Бюл.№9.– 6 с.: ил.
А.с. 1744630 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического
контроля изделий В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №482072328;
Заявлено 03.05.90; Опубл. 30.06.92 Бюл.№27.– 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. 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.
А. с. 1241121 СССР МКИ G01N 2782. Приставное намагничивающее
устройство В.А. Троицкий П.Г. Жуковский (СССР).- №381966225-28.
Заявлено 06.12.84. Опубл. 30.06.86. Бюл. №24- 3с.: ил.

записка.docx

Уровень промышленного развития передовых стран на современноэтапе характеризуется не только объемом производства и ассортиментом выпускаемой продукции но и показателями ее качества.
Чтобы обеспечить высокое качество продукции необходимо повысить уровень её контроля. В энергетике машиностроении авиации судостроении химии на транспорте и в ряде других отраслей объём контрольных операций очень велик. Трудоемкость контроля некоторых изделий составляет 15-20 % общих затрат на их изготовление. Однако затраты на контроль быстро окупаются за счет снижения производственных и эксплуатационных расходов повышения ресурса работы оборудования.
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 продукции. 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 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 сварка является самым распространённым методом получения неразъёмных соединений из металла. Благодаря надёжности и дешевизне она широко применяется в строительстве и машиностроении. При изготовлении и монтаже трубопроводов котлов высокого давления корпусов кораблей резервуаров и других сварных конструкций ответственного назначения требуется обеспечение высокой надёжности и качества данных соединений.
Контроль качества является неотъемлемым этапом всего жизненного цикла любого изделия (сварное соединение) который является гарантией работоспособности и надёжности сварных соединений и конструкций. В связи с этим большое значение для повышения качества изготовляемых конструкций приобретают методы неразрушающего контроля. Применяя средства неразрушающего контроля можно полностью автоматизировать многие процессы изготовления изделий повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и методику магнитного контроля полотнищ на наличие протяженных дефектов в швах.
- эскиз объекта контроля;
- материал – сталь Ст 10;
- сварные швы выполнены автоматической сваркой под флюсом;
- минимальная глубина недопустимых дефектов: протяжённых – 10% локальных – 20% от толщиныж;
- программа – 400 шт.год.
Для этого необходимо провести анализ характеристик объекта контроля; выбрать оптимальный метод и способ контроля; выполнить компоновку расчёт и разработку оборудования для контроля; описать устройство для контроля и принцип его действия; разработать методику контроля; разработать метрологическое обеспечение средств контроля.
Разработанное устройство должно обеспечивать максимальную достоверность и производительность контроля минимальную трудоёмкость и минимальные затраты на его изготовление.
Характеристика объекта контроля
Объект контроля представляет собой двустороннее сварное соединение полотнища (рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 – Объект контроля
Полотнище изготовлено путём сваривания листов стали и имеет габаритные размеры:
Материал из которого изготавливается полотнище – сталь Ст 10. Основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в местах сварных соединений и будут представлять собой поры различные включения непровары трещины дефекты сплошности. Минимальная глубина недопустимых дефектов: непроваров - 10% от толщины основного металла пор и шлаковых включений –20% от толщины основного металла.
В курсовой работе необходимо выполнить расчёт оптимального режима намагничивания рассчитать магнитную цепь состоящую из объекта контроля и намагничивающего устройства. Определить параметры намагничивающего устройства такие как геометрическая форма и размеры магнитопровода количество витков обмотки и диаметр провода мощность устройства и др. Необходимо так же выбрать тип магнитной ленты для магнитографического контроля изделия [1].
Программа – 400 шт.год.
1 Дефекты сварных соединений объекта и их влияние на работоспособность конструкции
Дефекты оказывают большое влияние на прочность сварного соединения и
нередко являются причиной преждевременного разрушения сварных конструкций. 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 их качества.
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.
Поры – это газовые пустоты в металле шва. Газовые поры образуются в результате перенасыщения жидкого металла газами которые не успевают выйти на поверхность во время его быстрой кристаллизации и остаются в нем в виде пузырьков. Размер внутренних пор колеблется от нескольких микрометров до 2-3 мм в диаметре. Поры могут быть распределены в шве в виде отдельных включений в виде цепочки по продольной оси шва или отдельными группами. Поры если их суммарная площадь в сечение шва составляет 5-10 % практически не влияют на статическую прочность соединения. Для конструкций работающих в условиях статического нагружения допускается площадь пор не более 7% расчетного сечения шва а для конструкций работающих при вибрационных нагрузках - не более 4-5%. Поры расположенные в виде цепочки в середине или на краях шва оказывают более значительное влияние на прочность чем большая пористость но при беспорядочном расположении пор.
Включения в металле шва – это небольшие объемы заполненные неметаллическими веществами. Они достигают нескольких миллиметров и могут быть различной формы. Влияние одиночных включений на работоспособность конструкций примерно такое же как и пор.
Непровары – дефекты сварных швов заключающиеся в отсутствии сплавления между металлом шва и основным металлом. Различают непровары
по кромке и непровары по сечению. Первые оказывают большее влияние на прочность шва. В этом случае между металлом шва и основным металлом обычно обнаруживаются тонкие прослойки оксидов. Непровары снижают работоспособность сварного соединения за счет ослабления рабочего сечения создают концентрацию напряжений в шве. В конструкциях работающих на статическую нагрузку непровар величиной 10-15% толщины свариваемого металла не оказывает существенного влияния на эксплуатационную прочность. Однако он является опасным дефектом если конструкция работает при вибрационных нагрузках.
Трещины – это частичное местное разрушение сварного соединения. Чаще всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях они могут располагаться вдоль и поперек сварного соединения а также в основном металле в местах пересечения и сосредоточения швов. Трещины – наиболее опасный дефект сварных швов. Они являются сильными концентраторами напряжений. Трещины по существующим правилам контроля являются недопустимым дефектом.
Несплавление – это дефект когда наплавленный металл сварного шва не сплавляется с основным металлом или с ранее наплавленным металлом предыдущего слоя того же шва.
Таким образом основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в местах сварных соединений и будут представлять собой поры различные включения непровары трещины несплошности. Тип дефектов: протяженные локальные. Согласно техническому условию недопустимыми для данного вида изделия являются протяжённые дефекты глубиной более 10% поры и шлаковые включения – больше 20% от толщины изделия.
Обоснование выбора метода контроля
Важнейшими характеристиками технических возможностей методов контроля являются: чувствительность и разрешающая способность метода достоверность результатов контроля надежность аппаратуры и простота технологического процесса контроля производительность контроля.
Чувствительность метода определяется наименьшими размерами выявляемых дефектов: а) у поверхностных – шириной раскрытия у выхода на поверхность протяженностью в глубь металла и по поверхности детали; б) у глубинных – размерами дефекта с указанием глубины залегания. Чувствительность зависит в основном от особенностей метода неразрушающего контроля (НК) технических данных применяемой аппаратуры и дефектоскопических материалов чистоты обработки поверхности контролируемой детали ее материала условий контроля и других факторов.
Разрешающая способность дефектоскопа определяется наименьшим расстоянием между двумя соседними минимальными выявляемыми дефектами для которых возможна их раздельная регистрация.
Достоверность результатов дефектоскопического контроля определяется вероятностью пропуска деталей с явными дефектами или необоснованной браковкой годных деталей.
При выборе метода неразрушающего контроля конкретных деталей и узлов необходимо учитывать кроме специфических особенностей и технических возможностей каждого метода следующие факторы: характер дефекта и его расположение условия работы деталей и ТУ на отбраковку материал детали состояние и чистоту обработки поверхности форму и размер детали зоны контроля доступность детали и зоны контроля условия контроля чувствительность контроля.
Специфические особенности каждого вида неразрушающего контроля делают необходимым проведение анализа 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 признакам:
-по характеру взаимодействия поля с объектом контроля;
-по первичному информативному параметру физического поля;
-по способу получения первичной информации.
Проанализируем различные методы неразрушающего контроля с точки зре
ния возможности их применения для обнаружения дефектов в сварных швах полотнищ.
Так как обнаружению подлежат внутренние дефекты то оптические методы для этих целей не пригодны. Весьма проблематично применение для обнаружения дефектов в сварных конструкциях тепловых методов. Остановимся более подробно на анализе акустических вихретоковых радиационных и магнитных методов контроля.
Вихретоковый метод 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. С помощью вихретокового метода обнаруживают дефекты типа несплошностей выходящих на поверхность или залегающих на небольшой глубине а также разнообразные трещины расслоения закаты раковины неметаллические включения и т.д. При благоприятных условиях контроля и малом влиянии мешающих факторов удается выявить трещины глубиной 01 – 02 мм протяженностью 1-2 мм. 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 контроля [3]. Вихретоковые методы редко применяют при контроле сварных швов так как электропроводность отдельных зон шва и около шовной зоны значительно меняются то это создает помехи при выявлении дефектов сварного шва [3].
Радиационный вид неразрушающего контроля основан на регистрации и анализе проникающего ионизирующего излучения после взаимодействия его с контролируемым объектом. Методы радиационной дефектоскопии могут успешно применяются 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 не всегда высокую производительность.
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).
Перечисленные выше недостатки акустического метода и определяют его неприемлемость для контроля данного изделия так как оно во-первых имеет тонкие стенки и мёртвая зона преобразователя не позволит проконтролировать шов во-вторых из-за малого диаметра шва его поверхность имеет большую кривизну что не позволит подступиться к нему с обычным преобразователем.
Магнитный метод контроля применяют в основном для контроля изделий из ферромагнитных материалов т. е. из материалов которые способны существенно изменять свои магнитные характеристики под воздействием внешнего (намагничивающего) магнитного поля. 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.
Метод магнитной дефектоскопии для различных случаев практики выбирают в зависимости от ряда факторов важнейшими из которых являются возможность выявления дефектов разрешающая способность технико-экономические показатели и удобство применения для контроля конкретных изделий [2].
Магнитно-порошковая дефектоскопия основана на визуальном наблюдении за концентрацией частиц магнитного порошка втягивающихся в поле рассеяния над дефектом. Процесс контроля сплошности стальных деталей с помощью магнитного порошка состоит из следующих операций: а) намагничивания деталей в направлении наиболее резко отличающемся от возможного расположения дефектов; б) полива контролируемой зоны магнитной суспензией или посыпания сухим магнитным порошком; в) внешнего осмотра детали и фиксации мест скопления магнитных частиц в местах расположения дефектов; г) размагничивания деталей.
Разрешающая способность порошковой дефектоскопии позволяет выявлять в сварных швах ферромагнитных деталей дефекты находящиеся на поверхности или залегающие внутри изделия на глубине до 6 мм. Дефекты расположенные на глубине до 2 мм наиболее четко выявляются если имеют острые края в виде трещин и непроваров и значительно менее четко выявляются дефекты округлой формы (газовые поры и шлаковые включения).
Основные достоинства магнитно-порошкового метода заключаются в его наглядности и простоте и позволяют непосредственно после намагничивания визуально определять наличие дефектов в контролируемой детали.
Однако этот метод имеет ряд серьезных недостатков обусловленных сравнительно небольшим диапазоном глубин залегания дефектов малой чувствительностью при выявлении дефектов с закругленными краями трудностью осуществления контроля в разных пространственных положениях (из-за осыпания порошка или стекания эмульсии).
При контроле сварных соединений и ферромагнитных объектов достаточно широко применяют магнитографический метод контроля который заключается в намагничивании зоны контролируемого металла или сварного шва вместе с прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем (лентой) фиксации на нем возникающих в местах дефектов полей рассеяния и последующем воспроизведении полученной записи. Этот метод применяют в основном для проверки сплошности сварных швов трубопроводов и конструкций различных сооружений изготовленных из ферромагнитных сталей с толщиной стенки до 18 мм.
Таким образом магнитографический метод контроля состоит в основном из двух операций: намагничивания контролируемых изделий с записью полей дефектов на магнитную ленту и считывания записи с индикацией полученных сигналов. В зависимости от выбранной методики контроля эти операции могут осуществляться раздельно либо непрерывно следовать друг за другом.
В связи с тем что магнитографический контроль в настоящее время в основном используется для проверки сплошности ферромагнитных материалов обладающих небольшой коэрцитивной силой (низкоуглеродистые и низколегированные стали) намагничивание изделий обычно осуществляется в приложенном поле с помощью специальных электромагнитов (намагничивающих устройств). Считывание магнитных отпечатков полей дефектов с магнитной ленты выполняется в специальных дефектоскопах где зафиксированная на ленте магнитная энергия при помощи магнитных головок воспроизводится в электрические сигналы.
Принципиальные отличия магнитографического контроля от других методов магнитной дефектоскопии заключаются в следующем:
а) ферромагнитные частицы магнитоносителя не могут перемещаться а
под воздействие имеющихся на данном участке изделия полей рассеяния изменяют только свою полярность и намагниченность. Благодаря этому магнитографический контроль обладает значительно большей эффективностью чем порошковый метод при котором частицы порошка в основном скапливаются на границах сварного шва и основного металла;
б) на магнитной ленте с определенной степенью точности фиксируются размеры отпечатков полей рассеяния от дефектов и их топография что дает возможность при считывании записи осуществлять количественную и качественную оценку дефектов;
в) эластичный магнитоноситель — магнитная лента может быть использован как объективный документ сохраняющий данные о качестве сварного соединения ответственного назначения.
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 [4].
Наибольшее применение магнитографический метод получил при контроле сварных швов различного рода трубопроводов и листовых конструкций [2].
Эффективность метода НК определяется большим числом факторов главные из которых – выявляемость дефектов производительность оперативность безопасность и стоимость.
Проведем сопоставление рассмотренных методов контроля для дефектоскопии заданного объекта контроля. С точки зрения выявляемости магнитные и вихретоковые методы позволяют обнаруживать как поверхностные так и подповерхностные (залегающие на глубине в несколько мм) дефекты. Радиационными и акустическими методами можно обнаружить дефекты как поверхностные так и внутренние но эти методы преимущественно используют для выявления внутренних дефектов. Определенную опасность для обслуживающего персонала представляют радиационные методы контроля. По возможности автоматизации контроля наиболее благоприятны вихретоковый контроль магнитные методы с феррозондовыми индукционными и другими типами преобразователей. Главные их преимущества заключаются в отсутствии прямого контакта преобразователя с изделием и в представлении информации о дефектах в виде показаний приборов. Перечисленным методам уступает ультразвуковой метод для которого необходим акустический контакт преобразователя с изделием например через слой воды. Трудность автоматизации других методов неразрушающего контроля заключается в необходимости визуальной обработки информации о дефектах.
Подводя итоги приведенному краткому обзору методов неразрушающего контроля можно констатировать что в современных условиях наиболее пригодным для контроля сплошности заданного изделия является магнитографический метод контроля. Он обеспечивает высокую чувствительность к наиболее опасным дефектам высокую производительность малую подверженность действию мешающих факторов безопасность для обслуживающего персонала.
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 наилучшей [5].
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 намагничивании.
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 [67]. Это значит что предварительный режим намагничивания при магнитографическом контроле необходимо устанавливать в зависимости от . 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 [8].
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 Hо поля изделия (без валика шва) Ни поля валика шва Н и поля дефекта Нd (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). Поле дефекта с увеличением глубины залегания дефекта претерпевает не только количественное но и качественное изменение. Начиная с некоторой глубины залегания дефекта Hd из колоколообразной трансформируется в дугообразную максимум которой смещается к краям валика шва. Это обусловливает появление в шве областей качественно разной выявляемости дефектов [9].
Если дефект расположен в корне шва то максимумы нелокализованного поля дефекта могут совпадать с краями валика шва и на сигналограмме будет наблюдаться лишь изменение амплитуд помех обусловленных валиком шва. Эта особенность использована в [10] для разработки способа намагничивания при контроле односторонних сварных соединений. Сущность способа состоит в следующем. На поверхность контролируемого объекта с обратной стороны шва укладывают пластину прямоугольного сечения а затем две пластины со скосом кромки стык которых расположен в плоскости симметрии шва. Толщину пластины прямоугольного сечения выбирают такой чтобы стык пластин со скосом кромки находился в области корня шва. В этом случае “ложный” сигнал от стыка на сигналограмме либо будет отсутствовать либо такие сигналы не будут превышать фон помех. Итак стык пластин со скосом кромки создает дополнительное поле которое подмагничивает шов однако сам стык как дефект не обнаруживается. Дефекты же сплошности сварного соединения располагаются ближе к поверхности сильно намагниченного шва а потому будут создавать значительные поля рассеяния и могут быть уверенно обнаружены.
Описанный способ позволяет значительно повысить чувствительность контроля сварных соединений однако имеет существенный недостаток: необходим подход к обратной стороне шва. Кроме того способ магнитографического контроля целесообразно использовать при отсутствии обратного валика шва.
Если нет подхода к обратной стороне шва то для повышения чувствительности метода можно использовать подмагничивающую систему в виде подковообразного магнита [11] либо в виде двух пластин прямоугольного сечения рабочие поверхности которых расположены на одинаковых расстояниях от зоны перехода шва к основному металлу [12]. Расстояние между концентраторами магнитной индукции выбирают из условия возникновения минимально допустимых помех на сигналограмме.
Повышение чувствительности метода обусловлено увеличением индукции в контролируемых сечениях шва вследствие более высокой напряженности поля в зоне контроля создаваемого концентраторами магнитной
Указанный способ однако не обеспечивает требуемой чувствительности контроля реальных сварных швов вследствие недостаточно высокой напряженности намагничивающего поля обладает сравнительно низкой достоверностью контроля т.к. шов в поперечном направлении намагничен неравномерно (сильнее у краев) неудобен в реализации из-за затруднительного подхода к валику контролируемого шва.
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 0 4мм [1314]. 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 [15] предложено расстояние между рабочими гранями концентраторов магнитной индукции в намагничивающем устройстве установить 6 - 8 мм а при контроле судить только о качестве участка шва находящегося в плоскости симметрии валика и его окрестностях (2мм) т.к. по статистическим данным около 90 % дефектов сплошности располагается в плоскости симметрии шва. О качестве остального шва можно судить и по результатам традиционного способа магнитографического контроля : шов у краев намагничен обычно достаточно для уверенного обнаружения дефектов.
В [16] предлагается концентраторы магнитной индукции расположить на расстоянии 4 5 мм друг от друга и перемещать вместе с намагничивающим устройством вдоль шва ориентируя ось симметрии подмагничивающей системы под углом не более 10° к продольной оси шва. Магнитную ленту необходимо при этом располагать с обратной стороны шва. В этом случае могут обнаруживаться непровары величиной 5 % и более от толщины основного металла.
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 % от толщины основного металла.
Повысить чувствительность контроля швов на наличие пор и шлаковых включений можно если шов намагнитить под углом к его продольной оси [17]. 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.
Идеальные условия для обнаружения одиночных пор и шлаковых включений будут созданы если шов вместе с прижатой к его поверхности лентой намагничивать вдоль продольной оси [18]. При этом приблизительно в 4 раза повышается чувствительность контроля отсутствуют помехи обусловленные валиком шва в 1520 раз снижается потребляемая мощность получается сигналограмма удобная для расшифровки и дальнейшей обработки.
Метод магнитографического контроля характеризуется также низкой разрешающей способностью: цепочку локальных дефектов трудно отличить от непровара переменной величины. Для повышения разрешающей способности метода в [18] 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. При намагничивании вдоль цепочки пор поля дефектов пе
рекрываются при меньшем расстоянии между дефектами чем при намагничивании в поперечном направлении.
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 [19]. При этом 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 обмоток в головках.
Недостаток - двухканальная дифференциальная головка регистрирует лишь локальные дефекты либо начало и конец протяженного дефекта.
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 [20]. Запуск селектора осуществляется регулируемым управляющим импульсом сформированным помехой обусловленной одним из краев валика шва.
Для отстройки от помех обусловленных валиком шва и поверхностными неровностями в [21] 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.
При отстройке от помех обусловленных валиком шва указанным способом теряется информация о наружных дефектах а амплитуда сигнала от внутреннего дефекта уменьшается. Кроме того полная отстройка от помех обусловленных валиком шва имеет место только в некоторых частных случаях.
Для уверенного обнаружения дефектов создающих поля рассеяния совпадающие с краем валика шва в [22] предложено дополнительно прово
дить контроль при режиме 02НСН04НС 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 [23] 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 предлагаемом способе контроля поляризованную ленту вначале намагничивают полем заданной напряженности по кривой ОСД а затем совместно с изделием - полем рабочей напряженности Нр по кривой ДА. На ленту воздействуют также поля помех НП подмагничивая отдельные ее участки до точки С и поля дефектов подмагничивая ее участки до точки Е.
После прекращения действия намагничивающего поля участки ленты не подвергавшиеся действию полей - помех и полей дефектов приобретают остаточную намагниченность соответствующую точке Д (перемагничивание происходит по пунктирной линии АД); такую же намагниченность приобретают участки ленты в местах действия полей помех НП (перемагничивание по кривой СД). Контраст записи полей - помех равен нулю. Контраст записи на участках ленты подвергшихся действию полей дефектов равен Мd. Таким образом отношение амплитуд сигнал-шум стремится к бесконечности (приборные шумы не учитываются).
Для повышения чувствительности контроля изделий когда амплитуда полезного сигнала незначительно превышает амплитуду сигнала от наибольшего допустимого дефекта а фон помех меньше сигналов от наибольшего допустимого дефекта в [24] предложен следующий способ магнитографического контроля. Перед оценкой качества изделия по магнитограмме ленту намагничивают по участкам с равными по амплитуде помехами дополнительным полем направление которого совпадает с направлением поля рабочей напряженности а величина меньше суммы поля рабочей напряженности и поля от наибольшего допустимого дефекта. При осуществлении этого способа поляризованная магнитная лента прижатая к изделию под действием поля рабочей напряженности Нр перемагничивается по сплошной кривой ОСД. При этом участки ленты на которые воздействуют также поля помех Нп меньшие поля наибольшего допустимого дефекта Нnd перемагничиваются по сплошной кривой ОСEF а участки на которые действуют поля недопустимых дефектов Hd - по кривой ОСЕJGH1. Затем на ленту снятую с объекта контроля воздействуют дополнительным полем напряженности Нд равным сумме поля рабочей напряженности и помех меньших поля наибольше
го допустимого дефекта Hnd.
При этом участки ленты находившиеся только под действием поля рабочей напряженности перемагничиваются по кривой DPCEF а участки ленты находившиеся под действием полей помех Нп по кривой FREF. Таким образом контраст магнитной записи поля дефекта определяется отрезком H1P (больше чем в предыдущем случае) (рисунок 1.2).
Рисунок 4.1 – Пояснение способа магнитографического контроля
При традиционном же способе магнитографического контроля с использованием поляризованной магнитной ленты объект вместе с лентой намагничивают полем рабочей напряженности НР.В этом случае вся лента перемагничивается по кривой ОСД а ее участки находящиеся под действием полей дефектов Нd по кривой ОGH1 . Те участки на которые воздействовали внешнее поле и поля-помехи перемагничиваются по кривой ОЕF. Тогда контраст записи на ленте полей дефектов будет определяться отрезком ДН1 а полей-помех -ДF. Отношение амплитуд сигнал-шум будет равно ДН1 ДF.
При контроле сварных соединений если намагничивания объекта контроля производили в поперечном направлении описанные выше операции нужно выполнять когда лента уложена на поверхность бездефектного контрольного образца с зачищенными неровностями валика шва [25].
Выводы: высокая чувствительность метода при малой массе магнита (4050 г) достигается за счет значительного увеличения напряженности магнитного поля действующего на дефект вблизи полюса магнита при контроле способом приложенного поля а также небольшого фона помех т. к. перемещаемый по поверхности ленты магнит равномерно намагничивает ее по всей площади.
При обнаружении поверхностных и подповерхностных трещин предпочтение следует отдавать магнитным методам контроля которые в этом случае обладают наибольшей чувствительностью.
Подавляющее большинство дефектов сплошности сварных соединений таких как непровары трещины несплавления цепочки пор подрезы ориентированы вдоль продольной оси шва.
Однако при магнитографическом методе целесообразно производить раздельный контроль сварных соединений на наличие протяженных и локальных дефектов: в первом случае сварной шов следует намагничивать в поперечном направлении используя при неблагоприятных размерах выпуклости шва концентраторы магнитной индукции во втором - в продольном направлении считывая запись с ленты вдоль направления ее остаточной намагниченности.
Таким образом анализ литературных источников позволил выявить основные закономерности формирования полей наружных дефектов под влиянием постоянного внешнего поля. Он также показал что способ магнитографического контроля основанный на намагничивании объекта через уложенный на его поверхность магнитоноситель является весьма перспективным однако исследован недостаточно полно.
Разработка оборудования для контроля
1 Анализ литературных источников с целью модернизации оборудования для контроля
Намагничивание контролируемой зоны ферромагнитных изделий с направлением магнитного потока перпендикулярно продольной оси изделия может выполняться двумя способами: последовательно отдельными участками расположенными по длине изделия или одновременно по всей длине изделия.
В обоих случаях намагничивающие устройства должны удовлетворять следующим требованиям:
а) напряженность приложенного поля должна намагничивать контролируемую зону до состояния насыщения или даже несколько больше. При этом уровень намагниченности контролируемого изделия должен находиться на верхнем пологом участке кривой намагничивания соответствующем режиму насыщения;
б) ширина намагничиваемой зоны должна быть выбрана таким образом чтобы полюсы устройства не касались краев магнитной ленты уложенной на поверхность контролируемого изделия;
в) в местах перехода магнитного потока от полюсов устройства в изделие потери его должны быть минимальными;
г) в случае если устройство предназначено для последовательного намагничивания отдельных участков изделия оно должно легко перемещаться по поверхности изделия. При одновременном намагничивании всей длины изделия устройство должно быстро и удобно устанавливаться (закрепляться) на изделии;
д) для удобства в эксплуатации намагничивающее устройство должно иметь как можно меньший вес и потреблять минимальную мощность.
В практике магнитографического контроля получили применение следующие типы намагничивающих устройств:
-дисковые магниты используемые для контроля листовых конструкций и труб с толщиной стенки до 5—6 мм;
-подвижные намагничивающие устройства применяемые при контроле труб диаметром свыше 150 мм и листовых конструкций толщиной до 16
-устройства используемые для контроля стыков труб небольших диаметров типа намагничивающих клещей поясов и вилок.
Для оценки эффективности подвижных намагничивающих устройств большое значение имеет минимальное «растекание» потока магнитной индукции. Под условным термином «растекание» потока понимается уменьшение индукции в контролируемом изделии непосредственно в месте расположения намагничивающего устройства и на некотором расстоянии от его поперечной оси.
Опыт показал что с уменьшением сечения полюсов и увеличением расстояния между полюсами «растекание» потока несколько увеличивается. «Растекание» потока имеет место и при смещении намагничивающего устройства от места расположения дефекта. С помощью дисковых магнитов вследствие значительного «растекания» магнитного потока можно контролировать изделия с толщиной стенки до 6 мм.
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 (дюралюминия). Благодаря значительной длине магнитопровода (150-200мм) ПНУ обеспечивает одновременное намагничивание участка изделия с минимальным «растеканием» магнитного потока и эффективное выявление дефектов. Воздушный зазор хотя и вызывает потери потока но позволяет легко перемещать ПНУ по поверхности изделия.
Опытным путем установлено что значительное уменьшение индукции (свыше 5—6%) вследствие «растекания» потока имеет место при смещении намагничивающего устройства ПНУ от места расположения дефекта свыше 60—70 мм. Поэтому с учетом небольшого запаса длина полюсов устройства должна быть не менее 160—200 мм.
Намагничивающее устройство типа НК (намагничивающие клещи) предназначено для труб небольших диаметров и представляет шарнирно раскрывающийся электромагнит позволяющий одновременно намагничивать контролируемый стык по всему периметру.
Намагничивающие устройства условно называемые магнитными поясами (МП) предназначены для магнитографического контроля стыков труб и
других изделий цилиндрической формы небольшого диаметра с толщиной стенки до 3— 4 мм. Устройства имеют импульсный источник тока и состоят из двух последовательно соединенных катушек с 30 витками каждая. Катушки пояса располагают на расстоянии 20 мм по обе стороны от контролируемого стыка. Основные достоинства устройства МП заключаются в одновременном намагничивании стыка по всему его периметру в универсальности позволяющей применять одно и то же устройство для намагничивания стальных труб диаметром от 48 до 133 мм и портативности источника тока.
Намагничивающая вилка (НВ) предназначена для контроля стыков труб небольших диаметров и состоит из стального каркаса и рукоятки. Полюса вилки охватывают контролируемый стык на половину длины его окружности. Поэтому контроль стыков труб с помощью вилки производится с двух сторон. Намагничивающие вилки удобно применять в тех случаях когда имеется односторонний доступ к контролируемым швам [26].
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 [27]. “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 [28].
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 сигналограмме.
Известно намагничивающее устройство для дефектоскопии трубчатых изделий содержащее n скрепленных между собой П-образных электромагни
тов отличающееся тем что с целью расширения диапазона диаметров контролируемых изделий оно снабжено двумя полюсными наконечниками выполненными каждый в виде разъемного кольца с ломаной внешней поверхностью торцы полюсов электромагнитов выполнены по форме ломаной поверхности колец а одноименные полюса электромагнитов закреплены на соответствующем кольце [27].
Проанализировав различные литературные источники можно сделать вывод что для контроля заданного изделия следует использовать электромагнит с П-образным сердечником прямоугольного сечения. При определении сечения магнитопровода длина полюсов намагничивающего устройства исходя из результатов экспериментов по определению «растекания» потока принимается равной 150—200 мм; высота полюсов выбирается из конструктивных соображений а длина сердечника равная расстоянию между полюсами определяется шириной магнитной ленты для магнитографического контроля (35 мм) и удобным для эксплуатации расстоянием между полюсами магнита и краями ленты. Необходимое число витков электромагнита определяется на основе закона полного тока.
Из анализа литературных источников сделаем вывод что следует проводить раздельный контроль протяженных и локальных дефектов т.к. поля рассеяния их ведут себя по–разному при различных способах намагничивания. При наличии локальных дефектов шов следует намагничивать вдоль т.к. в этом случае исключается размагничивающее действие выпуклости шва и поля рассеяния от дефектов будут максимальны. По этой же причине при наличии протяженных дефектов шов следует намагничивать поперек.
Поскольку в данной курсовой работе необходимо провести контроль изделия на наличие протяженных дефектов то применим поперечное намагничивание.
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.
2 Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
2.1 Расчёт режима намагничивания. Для расчета электромагнита намагничивающего устройства необходимо знать оптимальное значение индукции в контролируемых сечениях объекта контроля. Расчет выполним
по методики изложенной в [1920].
Расчет оптимального режима сводится к получению магнитной характеристики исследуемого материала в виде графика функции и отысканию максимального приращения производной на падающей ветви данной функции. Кривая намагничивания материала контролируемого изделия представлена на рисунке 5.2. Используя данные этой кривой строим зависимость (рисунок 5.3).
Рисунок 5.2 – Кривая намагничивания изделия
где 0 – магнитная постоянная 0=410-7Гнм.
Рисунок 5.3 – График зависимости r(В)
Заменим табличные значения функции соответствующим интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Значение оптимальной индукции вычислим по формуле:
Чтобы определить значения и решим ряд систем уравнений подставляя численные значения В из кривой :
Вычислив и и подставив в (3) получим значение
Следует отметить что расчетное значение ниже значения полученного экспериментально на 10 20%. Учтём это в окончательном результате:
2.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства. Расчёт выполнен по методике изложенной в [20].
Целью расчета является определение величины намагничивающей силы IW устройства для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в обмотке W – число витков обмотки электромагнита.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 5.4): толщина изделия b=8 мм; толщина полюсов из рекомендаций выбирается в 2 – 3 раза больше толщины изделия примем d=30 мм; расстояние между полюсами L=55 мм; высоту полюса примем равной h=120 мм; ширину полюса выберем c=130 мм; суммарный зазор =1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что растекание магнитного потока в изделии отсутствует т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
где – падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии в зазорах и в магнитопроводе :
где и взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 5.2).
Вычислим падение магнитного напряжения в зазорах:
где Н0 – напряжённость поля в зазоре;
- толщина суммарного зазора.
Строим кривую намагничивания материала изделия. Используя выражение (7) по 6-8 значений и взятым с кривой намагничивания строим зависимость а затем зависимость в той же системе координат (рисунок 5.6).
Рисунок 5.6 – Зависимости магнитных напряжений в зазоре Uу и в изделии Uи от магнитного потока в изделии
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в магнитопроводе.
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём выражается формулами:
Значения B и H так же определяем по кривой намагничивания (рисунок 5.2). Строим зависимость (рисунок 5.7).
Рисунок 5.7 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе Uп от магнитного потока в нём
Чтобы пересчитать в зависимости от запишем уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 5.5).
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходной участок.
Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным сопротивлениям (Rи+Rу) и RF то:
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами электромагнита.
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами намагничивающего устройства).
Из (10) и (11) получаем:
где RF получаем из формул (12) и (13) – оно постоянно; Ry – тоже постоянно:
где – длина средней линии в изделии;
- индукция и напряжённость в изделии соответствующие оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости после пересчёта по вышеизложенным формулам (рисунок 5.8).
Рисунок 5.8 – Зависимость магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока в изделии
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U и строим график U(Фи) (рисунок 5.9)
Рисунок 5.9 – Зависимость суммарного магнитного напряжения в магнитопроводе от магнитного потока и индукции в изделии
Зная значение Вопт=165 Тл в контролируемом сечении определяем U1 по рисунку 6.10.
По известному значению оптимальной индукции в контролируемом сечении определяем (рисунок 5.9). Затем с учетом коэффициента заполнения Кз=04 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) определяем число витков обмоточного провода задаваясь различными диаметрами (d от 0.5 до 3.5 мм):
Примем диаметры обмоточного провода мм мм мм.
Площадь S окна занимаемого всеми витками катушки в сечении перпендикулярном осям витков определим по формулам:
S=0801(015-0018)=0011 м.
Число витков магнитопровода опредедлим по формулам:
Определим величину тока в катушке по известным намагничивающей силе и числу витков:
Для учёта того что в сварном соединении присутствует усиление шва увеличиваем ток в 6-8 раз. Получаем:
Определяем электрическое сопротивление обмотки:
где lср – средняя длина витка провода в катушке
– удельное электрическое сопротивление равное 00054 Омм.
Определяем потребляемую мощность:
Так как потребляемые мощности одинаковы при разном диаметре провода то выбираем диаметр проволоки исходя из приемлемого числа витков катушки:
Расчётным путём определено оптимальное значение магнитной индукции в контролируемых сечениях объекта Bопт=16 Тл. На основе полученных расчётов и литературы определены параметры электромагнита намагничивающего устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350 сечение полюса 200х18 мм.
3 Описание устройства для контроля и принципа его действия
Установка состоит из цепочки электромагнитов лентопротяжного механизма состоящего из расходной и приемной кассеты электродвигателя осуществляющего привод установки и вращение приемной кассеты.
Контроль осуществляется в следующей последовательности. Полотнище подается на позицию контроля. У начала и конца шва укладываются технологические пластины они обеспечивают равномерное намагничивание начала и конца шва. Установку устанавливают непосредственно на объект контроля так чтобы сварной шов с уложенной на его поверхности магнитной лентой располагался в полюсных проёмах электромагнита.
При движении установки по объекту происходит намагничивание сварного соединения а информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную ленту. Магнитная лента при движении намагничивающего устройства перемещается из расходной кассеты в зону контроля.
Самораскручивание ленты из кассеты исключается использованием тормоза. Для предотвращения обрыва ленты привод накопительной кассеты осуществляется через резиновый пассик обеспечивающий уменьшение угловой скорости вращения кассеты при увеличении диаметра намотанной катушки ленты.
Установка при движении по объекту производит намагничивание его и информация о результатах контроля сварного шва записывается на магнитную ленту.
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на наличие локальных дефектов содержащее цепочку электромагнитов постоянного тока полюсы которого содержат проёмы для прохождения в них шва с уложенной на него магнитной лентой установленный на ферромагнитных роликах механизм перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия ленты ко шву.
Устройство позволяет намагничивать сварное соединение в продольном направлении в процессе перемещения вдоль шва осуществлять перемотку магнитной ленты из расходной кассеты в приёмную со скоростью движения устройства осуществлять прижим ленты к контролируемому шву.
Разработка методики контроля
Произвести визуально-измерительный контроль сварного шва. Шов осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям ГОСТ 8713-79 или другому нормативно-техническому документу утвержденному в установленном порядке. С поверхности контролируемых сварных швов и околошовных зон должны быть удалены грязь и другие посторонние наслоения затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия магнитной записи на ней полей дефектов.
Размагнитить магнитную ленту при помощи дросселя.
Поместить магнитную ленту типа И4701-35 в расходную кассету.
Выбор магнитной ленты произведён в соответствии с методикой указанной в 19.
Вначале определяем напряжённость поля требуемую для получения Bопт используя кривую намагничивания Hтр=5600 Ам.
Рисунок 8.1 – Характеристика магнитной ленты
Так как составляющая вектора напряжённости поля параллельная границе раздела сред имеет по две стороны границы одинаковые значения а ферромагнитный слой ленты находится практически у самой поверхности
то на ленту в её плоскости воздействует поле напряжённости Hтр.
По таблице в 19 выбираем магнитную ленту типа И4701-35 с коэрцитивной силой Hс=8000 Ам для которой Нс наиболее близко к Hтр.
Установить кассету на оси устройства и протянуть магнитную ленту в межполюсном пространстве намагничивающего устройства ферромагнитным слоем наружу.
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 ленте.
Осуществить запись магнитограмм.
Считать запись с ленты.
Отметить но объекте контроля места соответствующие недопустимым дефектам.
Разработанные устройства и методика позволяют обнаружить в сварных швах поры и шлаковые включения глубиной более 25% от толщины контролируемого изделия.
Метрологическое обеспечение средств контроля
Основные цели метрологического обеспечения:
- повышение качества выпускаемой продукции эффективности управления производством уровня автоматизации производственных процессов;
- обеспечения взаимозаменяемости деталей узлов и агрегатов создания условий для кооперирования производства и развития специализации производства;
- обеспечение достоверного учёта и повышение эффективности использования материальных ценностей и энергетических ресурсов;
- повышение эффективности мероприятий по контролю условий труда охране окружающей среды рациональному использованию природных ресурсов.
Количественная оценка размеров обнаруживаемых дефектов обычно осуществляется с помощью эталонов. Настройка дефектоскопов а так же определение величины дефектов производятся с помощью эталонных магнитных лент записанных с контрольных образцов сварных стыков.
В качестве контрольных образцов могут использоваться вырезанные из трубопровода или специально сваренные «катушки» а так же планки шириной не менее 300 – 500 мм с расположенным посередине сварным швом. Контрольные стыки или планки должны изготавливаться из труб или листов той же марки и толщины что и контролируемые изделия. Сварка контрольных стыков должна производиться по той же технологии как и у объекта контроля.
Контрольные образцы могут иметь естественные или искусственные дефекты. Для этого сварку производят при нарушении режимов и таким образом получают искусственные дефекты типа пор шлаковых включений трещин. Эталонные магнитные ленты записываются с контрольных стыков или планок с помощью рабочих намагничивающих устройств. Режимы намагничивания выбираются исходя из толщины и марки стали контролируемых изделий.
Контрольные образцы хранятся вместе с эталонными плёнками и магнитными лентами в ОТК цеха. Ленты хранятся в жестяных коробках для защиты от посторонних магнитных полей температуры и влаги. Не следует пользоваться эталонными лентами до износа а раз в месяц заменять новыми.
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 труб качество которых подлежит контролю магнитографическим методом. 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 дефектоскопов.
Контрольные магнитограммы записывают на испытательных образцах путем намагничивания их теми же устройствами и при тех же режимах которые применяются для контроля труб.
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 карандашом:
- 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 работы с ним.
Мероприятия по охране труда
Работу по магнитографическому контролю следует вести в соответствии с требованиями:
- СниП Ш-4-60 “Техника безопасности в строительстве”;
- “Правил техники безопасности при производстве металлических полотнищ”.
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 12.1.004 – 76.
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля сварных стыков металлических листов должны периодически проходить инструктаж по технике безопасности с регистрацией в специальном журнале.
Проанализировав существующие методы контроля и основываясь на том что выбранный метод должен обеспечивать высокую чувствительность достоверность контроля производительность удобство в эксплуатации и наглядность приходим к выводу что наиболее приемлемым методом контроля сварного шва полотнищ является магнитографический так как он обладает высокой чувствительностью производительстью позволяет судить о размерах обнаруженных дефектов позволяет отстроиться от ложных сигналов обучловленных поверхностными неровностями и структурными неоднородностями и позволяет многократно использовать магнитные ленты.
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.
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=16 Тл. На основе результатов расчётов и рекомендованной литературы определены параметры электромагнита намагничивающего устройства: число витков провода диаметром 2 мм – 1350 сечение полюса 200х18 мм.
Разработано устройство для магнитографического метода контроля швов на наличие протяженных дефектов содержащее электромагнит постоянного тока установленный на ферромагнитных роликах механизм перемещения электромагнита и магнитной ленты приспособление для прижатия ленты
Приборы и методы электромагнитного контроля. Методические указания к курсовой работе для студентов специальности Т 06.01 – ”Приборостроение”.-Могилев: МГТУ 2001.-28 с. Составитель проф. Новиков В.А.
Неразрушающий контроль. В 5 кн. Кн. 3. Электромагнитный контроль: Практ. пособие В.Г.Герасимов А.Д.Покровский В.В.Сухоруков.- М.: Высш. шк. 1992.- 312 с.: ил.
Неразрушающий контроль металлов и изделий: справочник Под ред. Г.С.Самойловича. – М.: Машиностроение 1976. – 456 с.: ил.
Приборы и методы электромагнитного контроля. Лабораторная работа №6. Исследование эффективности различных способов магнитографического контроля сварных соединений. Методические указания. – Могилёв: МГТУ 2001. – 16с.
Фалькевич А.С. Магнитографический контроль сварных соединений А. С. Фалькевич М. Х. Хусанов. - М.: Машиностроение 1966. – 176 с. ил.
Новиков В.А. Особенности формирования магнитостатического поля шва на поверхности стыкового сварного соединения Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций. – № 6 1998 с. 53-60.
Новиков В.А. Выбор режима намагничивания при контроле стыковых сварных соединений магнитографическим методом Техническая диагностика и неразрушающий контроль. – 1992.- № 2.
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.
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; 083272 – Сведловск.1985– 208 с.: ил.
А.с. 565245 МКИ G01 N 2782. Способ намагничивания при контроле односторонних сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков (СССР). – №209083128; Заявлено 24.12.74; Опубл. 15.07.77 Бюл. №26.–4 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.: ил.
А.с. 1196746 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля сварных соединений А.М. Шарова В.А. Новиков А.П. Магилинский (СССР).– №376949125–28; Заявлено 06.07.84; Опубл. 07.12.85 Бюл.№45.–6 с.: ил.
А.с. 1422125 СССР МКИ4 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля сварных швов В.А. Новиков (СССР).– №418420025–28; Заявлено 12.01.87; Опубл. 07.09.88 Бюл.№33.–6 с.: ил.
А.с. 1672344 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко (СССР).– №448964728; Заявлено 03.10.88; Опубл. 23.08.91 Бюл. №31.– 6 с.: ил.
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).– № 461996628;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.: ил.
А.с. 1677601 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля В.А. Новиков (СССР).–№ 4630527; Заявлено 02.01.89; Опубл. 15.09.91 Бюл.№34.– 8 с.: ил.
Козлов В.С. Физика магнитографической дефектоскопии В.С. Козлов. – Мн.: Наука и техника 1968.–160 с.: ил.
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии В.С. Козлов. – 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.: ил.
А.с. 1506346 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля стыковых сварных соединений В.А. Новиков (СССР).– №423026925–28; Заявлено 27.01.87; Опубл. 07.09.89 Бюл.№ 33.– 6 с.: ил.
А.с. 1534380 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов В.А. Новиков Л.В. Кублицкая Т.М. Киселева (СССР).– №441423425–28; Заявлено 25.04.88; Опубл. 07.01.90 Бюл.№1.– 6 с.: ил.
А.с. 1633349 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля В.А. Новиков (СССР).– №461751128; Заявлено 08.12.88; Опубл. 07.03.91 Бюл.№9.– 6 с.: ил.
А.с. 1744630 СССР МКИ5 G01 N 2785. Способ магнитографического контроля изделий В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).– №482072328; Заявлено 03.05.90; Опубл. 30.06.92 Бюл.№27.– 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. 30.05.90 Бюл.№20.– 6 с.: ил.
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.
А. с. 1241121 СССР МКИ G01N 2782. Приставное намагничивающее устройство В.А. Троицкий П.Г. Жуковский (СССР).- №381966225-28. Заявлено 06.12.84. Опубл. 30.06.86. Бюл. №24- 3с.: ил.

Alina.cdw

Устройство для продоль-
Кожух муфты условно не показан

записка (2).docx

5.2.3 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства. Расчёт выполнен по методике изложенной в [20].
Целью расчета является определение величины намагничивающей силы IW устройства для создания в изделии необходимой индукции где I – ток в обмотке W – число витков обмотки электромагнита.
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 5.4.
Рисунок 5.4 – Расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 5.5).
Рисунок 5.5 – Эквивалентная электрическая схема электромагнита
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 5.4): толщина изделия b=8 мм; толщина полюсов из рекомендаций выбирается в 2 – 3 раза больше толщины изделия примем d=30 мм; расстояние между полюсами L=80 мм; высоту полюса примем равной h=120 мм; ширину полюса выберем c=200 мм; суммарный зазор =1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что растекание магнитного потока в изделии отсутствует т.е. размеры проекции устройства на изделие и изделия равны.
Из закона Кирхгофа следует:
где – падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим сумму падений магнитных напряжений в изделии в зазорах и в магнитопроводе :

Alina2.cdw

Устройство для продоль-
Кожух муфты условно не показан

содержание.docx

Министерство образования Республики Беларусь
Министерство образования Российской Федерации
Белорусско-Российский университет
Кафедра «Физические методы контроля»
Пояснительная записка
к курсовой работе по курсу
«Приборы и методы электромагнитного контроля»
Тема работы: Разработка устройства и методики магнитного контроля сварных соединений полотнищ на наличие протяженных дефектов.
Работу выполнила студентка Нейжмакова А.Е.
Руководитель работы Новиков В.А.
Разработка устройства и методика магнитного контроля сварных соединений полотнищ на наличие протяженных дефектов. Пояснительная записка
Постановка задачи 4
Характеристика объекта контроля 5
1 Дефекты сварных соединений объекта и их влияние на работоспособность конструкции 6
Обоснование выбора метода контроля 8
Анализ литературных источников с целью выбора способа
Разработка оборудования для контроля 20
1 Анализ литературных источников с целью разработки или 20
модернизации оборудования для контроля
2 Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля 23
2.1 Расчёт режима намагничивания 23
2.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства 25
3 Описание устройства для контроля и принципа его действия 31
Разработка методики контроля 32
Метрологическое обеспечение средств контроля 34
Мероприятия по охране труда 36
Список литературы 38