Устройство и методика магнитного контроля сварных соединений обечаек

графики1.dwg

Белорусско-Российский
режима намагничивания
Рисунок 1 - Кривая намагничивания материала изделия
Рисунок 2 - Зависимость от индукции в контролируемом сечении
Рисунок 3 - Зависимость d dB от индукции в контролируемом сечении
Рисунок 4 - Зависимость d dB от индукции в контролируемом сечении
Приближенные формулы для нахождения d dB и d dB

Обечайка.frw

графики2.frw

Курсовой Виталик с колонтитулами.doc

Характеристика объекта контроля
Обоснование выбора метода контроля
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля
Анализ литературных источников с целью разработки или модернизации
оборудования для контроля
Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
Описание устройства для контроля и принцип его действия
Разработка методики контроля
Разработка метрологического обеспечения средств контроля
Мероприятия по охране труда
Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других
объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого
качества во всех отраслях машиностроения. Это требует непрерывного
совершенствования технологии производства и методов контроля качества. В
ряде случаев выборочный контроль исходного металла заготовок
полуфабрикатов и готовых изделий ответственного назначения на заводах не
гарантирует их высокое качество особенно при серийном и массовом
изготовлении. В настоящее время все более широкое распространение
получает стократный неразрушающий контроль продукции на отдельных этапах
производства. Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности машин и
механизмов большое значение имеет также периодический контроль их
состояния без демонтажа или с ограниченной разборкой производимый при
обслуживании в эксплуатации или ремонте.
В современных условиях стремительного научно-технического прогресса роль
неразрушающего контроля значительно возросла. Без этого
высокоэффективного и производительного контроля невозможно например
развитие космической авиационной и атомной техники и современной
энергетики а также обеспечение безопасности движения на транспорте.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и
методику магнитного контроля продольных сварных швов труб диаметром 350
мм в заводских условиях. Программа – 1000 штук в год.
Исходными данными являются:
Толщина стенки-8 мм;
Объектом контроля являются продольные сварные швы обечаек
Рисунок 1 – Объект контроля
Сварной шов выполнен автоматической сваркой под флюсом на охлаждаемой
водой медной подкладке в установке типа СПО-2.
Возможные дефекты - непровары глубиной более 10% поры и шлаковые
включения – более 15 % от толщины сварного металла.
В настоящей работе использован магнитографический метод для контроля
сварных соединений обечаек. Предпосылками его использования являются
невысокая стоимость небольшая глубина залегания дефектов от поверхности
шва а также благоприятная форма и хорошее формирование шва при
автоматической сварке под слоем флюса.
В качестве объекта контроля выступает трубопровод с диаметром труб-
0 мм и толщиной-8мм. Данные трубы изготавливаются из стали Ст3.
Основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в
местах сварных соединений и будут представлять собой поры различные
включения непровары трещины дефекты сплошности. Тип дефектов:
протяженные и локальные. Причем протяженные считаются недопустимыми
дефектами если они составляют более 10% от толщины стенки трубы а
локальные - более 15%. Данный трубопровод предназначен для
транспортировки жидкостей или газов и может применяться для перекачки
нефти или природного газа. Эксплуатируется на открытом воздухе и
следовательно для него характерен перепад температур которые
соответствуют климатическому поясу в котором он расположен. В нашем
случае умеренный пояс с диапазоном температур от –35 до +350 С.
Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных потоков
(полей) рассеяния создаваемых несплошностями (различными дефектами или
неоднородностями структуры) в намагниченных изделиях из ферромагнитных
Феррозондовый метод. Сущность феррозондового метода контроля заключается
в обнаружении магнитных полей дефектов с помощью магнитомодуляционных
датчиков-феррозондов.
Для магнитной дефектоскопии обычно применяют феррозонды собранные по
градиентометрической схеме. По сравнению с феррозондом-полемером
градиентометры в этом случае имеют преимущество заключающееся в том что
на их показания практически не оказывают влияние постоянные магнитные
поля. Напряженность этих посторонних полей может изменяться в широких
пределах однако в малом объеме занимаемом феррозондом их градиенты
ничтожно малы по сравнению с измеряемыми локальными полями рассеяния от
В магнитной дефектоскопии применяют обычно феррозонды небольших размеров
длиной 2—10 мм питающиеся током возбуждения частотой 10—300 кГц. На
низших пределах частот работают феррозондовые приборы предназначенные
для выявления относительно грубых дефектов в стальных изделиях с высокими
коэрцитивной силой (Нс = 1600—2400 Ам) и остаточной индукцией (Вr=6-7).
Феррозондовые дефектоскопы работающие на частотах 100 кГц очень
чувствительны. С помощью таких дефектоскопов в изделиях из магнитомягких
материалов могут выявляться поверхностные дефекты (микро- и макротрещины
и риски глубиной 001 мм и более тонкие пленки и др.) внутренние
дефекты на глубине до 8 мм а более крупные дефекты на глубине до 15 мм.
Этим методом удается обнаруживать трещины глубиной 05 мм на внутренней
поверхности труб толщиной 6-8 мм. Для обеспечения высоко чувствительности
и достоверности феррозондового метода поверхность контролируемых изделий
должна иметь хорошую чистоту обработки. Кроме того на результаты
контроля могут влиять структурные неоднородности материала изделия.
Контроль можно проводить как в процессе намагничивания деталей (т. е. в
приложенном поле) так и на остаточной индукции после предварительного
намагничивания изделия до насыщения. Контроль в режиме остаточной
намагниченности более прост и удобен.
Феррозондовый метод получил достаточно широкое распространение. За
Ферстера в ФРГ который разрабатывает феррозондовую дефектоскопическую
аппаратуру и автоматизированные установки для многих машиностроительных и
металлургических заводов.
В отечественной промышленности феррозондовые дефектоскопы (типов ФДП) и
установки (типов ФДУ) применяются для контроля сплошности стальных труб
заготовок прутков деталей шарикоподшипников и многих других изделий
машиностроительных заводов.
Привлекательны высокая чувствительность и возможность автоматизации
Кроме дефектоскопии феррозонды находят применение для магнитных
измерений толщинометрии и структуроскопии. С помощью феррозондов можно
выявлять ферромагнитные примеси в немагнитных массах и средах определять
степень размагниченности деталей (например после магнитного контроля).
Индукционный метод. Этот метод требует высокой скорости перемещения
преобразователя при контроле в приложенном поле так как заданный объект
контроля имеет очень большие размеры то реализация индукционного метода
Магнитопорошковый метод. Сущность магнитопорошкового метода заключается
в том что на поверхность намагниченной детали наносят ферромагнитный
порошок в виде суспензии с керосином маслом мыльным раствором и т.п.
или в виде магнитного аэрозоля. Под действием втягивающей
(пондеромоторной) силы магнитных полей рассеяния частицы порошка
перемещаются по поверхности детали и скапливаются в виде валиков над
Чувствительность магнитопорошкового метода зависит от размера частиц
порошка и его магнитных свойств напряженности приложенного
намагничивающего поля или индукции в материале контролируемого изделия
формы и величины дефектов а также их расположения по отношению к
поверхности изделия и направлению намагничивания состояния и формы
поверхности контролируемого изделия.
Размеры частиц порошка во много раз сильнее влияют на чувствительность
метода чем магнитные свойства. С увеличением напряженности приложенного
поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность
метода проявляющаяся в увеличении количества обнаруживаемых дефектов.
При соблюдении оптимальных условий ведения контроля магнитопорошковый
метод контроля имеет высокую чувствительность к тонким и мелким трещинам.
Он позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты с
раскрытием от 001 мм и глубиной (высотой дефекта) от 005 мм и более.
Дефекты округлой формы (например поры) выявляются хуже.
Методом магнитопорошкового контроля хорошо выявляются поверхностные и
подповерхностные дефекты вида трещин непроваров несплавлений волосовин
закатов включений. Могут также выявляться сравнительно крупные
внутренние дефекты расположенные на глубине до 6 мм от поверхности
контролируемого изделия. Наиболее четко выявляются дефекты наибольший
размер которых ориентирован под прямым или близким к нему углом
относительно направления магнитного потока.
Если на поверхности контролируемого изделия кроме полей от дефектов
имеются значительные градиенты магнитных полей структурного или
геометрического происхождения (например наличие усилительного валика
сварного шва чешуйчатость на его поверхности резкое изменение сечения
детали и т.п.) то магнитный порошок интенсивнее скапливается не над
дефектами а в местах со значительными градиентами магнитного поля.
Следовательно по осаждению магнитного порошка на поверхности детали
нельзя однозначно судить о наличии дефектов сплошности. Поэтому при
контроле сварных швов с усилением или изделий с грубой поверхностью
чувствительность магнитопорошкового метода невысока особенно к
внутренним дефектам.
При магнитопорошковом методе контроля изделия намагничивают постоянным
переменным или импульсным током пропускаемым по намагничивающей катушке
(соленоиду) или обмотке электромагнита а также путем пропускания тока
через тело контролируемого изделия либо через токопроводящий стержень
коаксиально расположенный внутри пустотелого цилиндрического изделия
(например трубы). Контролируемые изделия намагничивают постоянным
пульсирующим (импульсным) или переменным полем. При намагничивании
постоянным полем внутренние дефекты выявляются лучше чем при
намагничивании переменным. Однако в ряде случаев (например в цеховых
условиях) отдают предпочтение намагничиванию переменным полем. Это
объясняется тем что от сети переменного тока через понижающий
трансформатор можно непосредственно получить большую силу
намагничивающего тока и создать большую напряженность магнитного поля Н.
Однако при использовании переменного поля основной магнитный поток под
влиянием скин-эффекта вызываемого вихревыми токами вытесняется на
поверхность металла вследствие чего сильнее намагничиваются его
поверхностные слои и лучше выявляются наружные и подповерхностные дефекты
(например закалочные или усталостные трещины и др.). Это особенно важно
учитывать при контроле крупных и толстостенных деталей.
Магнитографический метод. Среди магнитных методов дефектоскопии
наибольшее распространение для контроля качества сварных швов получил
магнитографический метод. Сущность этого метода заключается в
намагничивании контролируемого участка сварного шва и прилегающей к нему
околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля на
предварительно размагниченную магнитную пленку и последующем считывании
полученной на ленте магнитограммы с помощью специальных воспроизводящих
устройств магнитографических дефектоскопов.
На магнитной ленте регистрируются тангенциальные составляющие магнитных
полей содержащие информацию о характере и величине дефектов.
Источником информации о дефекте при магнитографическом контроле служит
электрический сигнал возникающий в чувствительном элементе — магнитной
головке — воспроизводящего устройства. Этот сигнал преобразуется и
наблюдается на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа.
На характеристики сигнала (амплитуду частотный спектр и т.д.) оказывает
влияние большое число факторов: режим намагничивания изделия; геометрия
поверхности; размеры форма глубина залегания и ориентации дефектов;
направление намагничивания и считывания информации с ленты; параметры
чувствительного элемента — магнитной головки (ширина набора сердечника
величина рабочего зазора число витков обмотки наклон рабочего зазора к
траектории движения и т.д.); амплитудно-частотные характеристики канала
передачи информации от чувствительного элемента до экрана электронно-
лучевой трубки; различные помехи и шумы (неровности поверхности изделия
собственные шумы магнитной ленты наводки и помехи в канале
воспроизведения магнитографического дефектоскопа; усиление сварного шва и
макронеоднородность материала шва и околошовной зоны).
Несмотря на такое обилие факторов искажающих первичную информацию
благодаря преобразованию информации о поле в электрический сигнал
магнитографический метод обладает значительно более высокой
чувствительностью в отношении глубинных дефектов чем магнитопорошковый.
Регистрация полей рассеяния от дефектов на магнитную ленту проводится
чаще всего в приложенном магнитном поле а преобразование информации в
электрический сигнал осуществляется по остаточной намагниченности ленты.
Такой двухступенчатый процесс позволяет получить максимально возможное
количество информации при минимальных ее потерях за счет регистрации
полей рассеяния дефектов на магнитную ленту в сильных полях и создания
оптимальных условий работы чувствительного элемента – магнитной головки
при отсутствии мощного поля внешнего источника.
Магнитографическим методом контроля хорошо выявляются протяженные дефекты
(трещины непровары цепочки и скопления шлаковых включений и газовых
пор) преимущественно ориентированные поперек направления магнитного
потока при намагничивании. Гораздо хуже выявляются одиночные шлаковые
включения и газовые поры особенно имеющие округлую форму.
Под чувствительностью магнитографического метода (() понимают отношение
вертикального размера (глубины) минимально выявляемого дефекта ((h) к
толщине стенки (() основного металла контролируемого изделия т. е. 3:
На чувствительность магнитографического метода сильное влияние оказывают
высота и форма усиления а также состояние его поверхности. Хорошие
результаты контроля обеспечиваются если высота усиления сварных швов не
превышает 25% толщины основного металла изделия с плавным переходом от
направленного металла шва к основному и если неровности (чешуйчатость)
на поверхности швов составляют не более 25—30% высоты усиления (но не
более 1 мм). Отсюда следует что наилучшие результаты могут быть получены
при контроле сварных швов выполненных автоматической сваркой под слоем
флюса или в среде защитных газов. При контроле сварных швов с грубой
чешуйчатостью выполненных ручной электродуговой сваркой требуется
предварительная подготовка их поверхности путем зачистки и устранения
недопустимых неровностей.
Для хороших результатов магнитографического контроля важное значение
имеет равномерный и плотный прижим магнитной ленты к поверхности сварного
шва. Основа ленты должна быть достаточно прочной и эластичной чтобы
могла плотно облегать неровную поверхность контролируемого шва.
Разработаны специальные магнитные ленты типа МК-1 (на триацетатной
основе) и МК-2 (на лавсановой основе) шириной 35 мм имеющие коэрцитивную
силу Нс=8(103 Ам остаточную индукцию Вт = 05-06 и остаточный поток
Фг=10-8 Вб. При одинаковых магнитных характеристиках лента МК-2 обладает
более высокими физико-механическими свойствами чем лента МК-1 и может
применяться в полевых условиях сварочно-монтажных работ при температурах
окружающего воздуха от +70 до —600 (—700) С. Лента типа МК-1 (на
триацетатной основе) при отрицательных температурах ниже —300 С теряет
эластичность и становится хрупкой.
Магнитографический метод в основном применяют для контроля стыковых швов
выполненных методами сварки плавлением. С использованием выпускаемой
промышленностью намагничивающей аппаратуры этим методом можно
контролировать сварные изделия и конструкции из различных сортов листовой
стали толщиной до 20 мм.
В результате обзора существующих методов контроля данного объекта
можно сделать вывод что из-за достаточно больших размеров объекта
контроля и других причин наилучшим является магнитный вид контроля
магнитографический способ который обеспечивает наиболее высокую
чувствительность достоверность контроля производительность удобство в
эксплуатации и наглядность.
Способ магнитографического контроля сварных соединений заключается в
том что на поверхности шва укладывают магнитную ленту сварной шов
намагничивают при перемещении вдоль оси сварного шва электромагнита с П-
образным сердечником прямоугольного сечения полосы которого размещены по
одну сторону от сварного шва и считывают информацию о магнитном рельефе
по которой судят о качестве шва отличающийся тем что с целью повышения
чувствительности контроля швов на наличие пор и шлаковых включений при
одностороннем доступе к сварному шву электромагнит устанавливают так
что его продольная ось перпендикулярна оси шва намагничивание начинают и
заканчивают не менее чем за 50 мм от контролируемой зоны 6.
Способ магнитографического контроля сварных швов заключающийся в
том что на поверхности контролируемого шва укладывают магнитную ленту с
помощью П-образного электромагнита намагничивают сварной шов под
различными углами к его продольной оси считывают магнитограмму и по ней
определяют качество шва отличающийся тем что с целью повышения
чувствительности при контроле сварных стыковых соединений с порами и
шлаковыми включениями после укладки ленты на шов на нее или рядом с
сварным швом параллельно основной ленте укладывают отрезок настроечной
ленты содержащей одно или несколько отверстий в ферромагнитном слое а
перед считыванием записи с магнитной ленты помещают настроечную ленту в
считывающее устройство дефектоскопа и поворачивая ее до положения при
котором сигнал от границы отверстия и ленты будет максимальным
определяют направление считывания 7.
Способ магнитографического контроля сварных соединений заключающийся
в том что на поверхности контролируемого шва накладывают магнитную
ленту намагничивают сварной шов с помощью П-образного электромагнита
считывают магнитограмму в направлениях параллельных продольной оси шва
и определяют качество шва отличающийся тем что с целью повышения
чувствительности и достоверности контроля сварного шва на наличие
дефектов округлой формы на ленте отмечают положение краев сварного шва
с намерением осуществляют под углом 0180º к продольной оси шва 8.
Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных
материалов заключающийся в том что сварные швы намагничивают совместно
с размещенным на его поверхности магнитным носителем имеющим магнитные и
немагнитные участки считывают с носителя магнитограмму в процессе
считывания магнитограммы сравнивают сигналы от границ немагнитного и
магнитного участков носителя с эталонным сигналом и с учетом степени
намагниченности носителя корректируют режим намагничивания отличающийся
тем что с целью повышения чувствительности при контроле сварных швов
границу немагнитного участка магнитного носителя располагают на границе
плоскости симметрии сварных швов 9.
Способ магнитного контроля сварного шва заключается в том что
намагничивают сварной шов с прилегающей околошовной зоной считывают
топографию магнитного рельефа контролируемого участка в околошовной зоне
и по магнитограмме определяют наличие дефектов отличающийся тем что о
положении дефекта судят по результату сравнения амплитуд сигналов
считываемых на одинаковых расстояниях от краев от краев сварного шва
считая что расстояние от центра дефекта до краев сварного шва обратно
пропорционально амплитудам сигналов 10.
Способ магнитографического контроля сварных швов заключающийся в том
что на поверхность контролируемого шва укладывают магнитную ленту
намагничивают сварной шов с помощью П-образного электромагнита и
установленных на заданном расстоянии от поверхности шва дополнительных
пластин рабочие торцы которых расположены симметрично относительно оси
сварного шва считывают магнитограмму и по ней определяют качество шва
отличающийся тем что с целью повышения чувствительности контроля
подмагничивающие пластины устанавливают так чтобы проекция граней их
рабочих торцов располагалась на краях валика усиления шва 11.
Способ магнитографического контроля продольных сварных соединений
ферромагнитных труб заключающийся в том что ферромагнитную ленту
размещают на поверхности сварного шва создают с помощью приставного
электромагнита магнитное поле намагничивающее контролируемый участок
трубы в поперечном направлении уменьшают намагничивающий ток снимают
ферромагнитную ленту и по полученной на ней магнитограмме определяют
качество контролируемого участка отличающийся тем что с целью
повышения чувствительности контроля измеряют напряженность магнитного
поля над поверхностью контролируемого участка а величину
намагничивающего тока (электромагнита) плавно уменьшают до равенства
измеряемой напряженности магнитного поля нулю 12.
Способ магнитного контроля стыковых сварных швов заключающийся в
том что намагничивают сварной шов с прилегающей околошовной зоной
считывают топографию магнитного рельефа контролируемого участка в
околошовной зоне и по магнитограмме определяют наличие дефектов 13.
Таким образом анализ литературных источников показал что
целесообразней применять намагничивание сварного шва с прилегающей
околошовной зоной считывать топографию магнитного рельефа
контролируемого участка и по магнитограмме определять наличие дефектов.
Анализ литературных источников с целью разработки и модернизации
Проанализировав различные литературные источники я пришел к выводу
что при перемещении труб больших размеров не всегда можно добиться
точного положения полюсов намагничивающего устройства относительно
сварного шва. Поэтому в данном разрабатываемом мною устройстве
целесообразно применить ручную корректировку т.е. оператор может
осуществлять ее с помощью механизма точной установки который расположен
на станине устройства для этого оператор путём вращения штурвала
указанного механизма добивается необходимого положения сварного шва
относительно полюсов электромагнита.
При магнитографической дефектоскопии изделий из ферромагнитных материалов
используют специальные намагничивающие устройства подразделяющиеся на
подвижные и неподвижные.
Первоначально для поперечного намагничивания контролируемых объектов с
толщиной стенки до 12 мм использовали дисковые магниты. Их основным
недостатком являлось значительные потери (“растекание”) магнитного потока
вследствие малой площади контакта полюсов с поверхностью контролируемого
изделия что заметно ухудшало условия образования и выявления полей
В дальнейшем в практике магнитографического контроля нашли применение
следующие типы намагничивающих устройств: намагничивающие клещи
представляющие собой шарнирно раскрывающийся электромагнит состоящий из
двух стальных каркасов-полуколец на которых размещены обмотки.
Намагничивающие клещи предназначены для контроля стыков диаметром не
Намагничивающие вилки состоящие из стального магнитопровода и рукоятки и
предназначенные для контроля стыков труб небольших диаметров (57 89
Разъемные катушки применяемые для контроля качества изделий небольшого
диаметра. Они дают возможность намагничивать труднодоступные участки
объекта контроля причем намагничивание осуществляется по всему периметру
шва одновременно. Использование катушек возможно при наличии
двустороннего доступа к объекту так как при этом часть магнитного
потока создаваемого катушками замыкается по воздуху то эффективность
их применения падает.
Подвижные намагничивающие устройства получили наиболее широкое
распространение для контроля протяженных сварных швов. Устройство состоит
из двух удлиненных стальных полюсов скрепленных стальными сердечниками
на которых размещены одна или две катушки.
Стальной каркас с катушками опирается на четыре колеса из немагнитного
материала. Последние расположены таким образом что при установке
намагничивающего устройства на контролируемое изделие между его
поверхностью и полюсами образуется воздушный зазор который позволяет
легко перемещать ПНУ по данной поверхности хотя и вызывает
дополнительные потери магнитного потока что снижает значение магнитной
индукции в изделии и ухудшает выявление дефектов. Для уменьшения
рассеяния магнитного потока в намагничивающем устройстве применяют
ферромагнитные колеса .
Для крепления колес к каркасу применяют также двойные оси которые
позволяют плавно регулировать величину зазора между полюсами
намагничивающего устройства и поверхностью изделия. При этом величину
зазора устанавливают минимальной .
С целью исключения влияния воздушного зазора на величину индукции в
контролируемом сечении создано намагничивающее устройство “шагун”
которое перемещаясь вдоль сварного стыка шаг за шагом позволяет его
намагничивать до высокой индукции . “Шагун” представляет собой
электромагнит с фасонными полюсными наконечниками подвешенный к раме
тележки посредством рессор. Сила упругой деформации последних превышает
притягивающую силу электромагнита и дает возможность отрывать его полюсы
от поверхности проверяемого изделия после отключения намагничивающего
тока. При контроле “шагун” удерживается на этой поверхности в любых
пространственных положениях с помощью силы притяжения создаваемого
небольшим постоянным током в обмотке электромагнита. Устройства типа
“шагун” не исключают “растекание” магнитного потока в изделии и имеют
значительную массу (36 кг) .
Для повышения чувствительности контроля разработано намагничивающее
устройство включающее П-образный электромагнит и дополнительный
подмагничивающий электромагнит установленный в межполюсном пространстве
основного электромагнита .
С целью повышения чувствительности контроля предложено намагничивающее
устройство содержащее две намагничивающие катушки и блок питания
выполненный в виде импульсного генератора соединенного с
намагничивающими катушками причем оно снабжено двумя дополнительными
намагничивающими катушками расположенными в процессе контроля между
первыми катушками с двух сторон контролируемого шва а блок питания
снабжен вторым генератором сигнал с которого сдвинут по фазе
относительно сигнала первого генератора соединенного с дополнительными
С целью автоматизации и повышения точности магнитографического контроля
продольных сварных швов и труб или изделий цилиндрической формы
разработано устройство содержащее блок намагничивания размагничивающий
соленоид лентопротяжный механизм включающий привод с лентопротяжным
роликом на оси и оси подающей и приемной кассет блок прижима магнитной
ленты считывающий блок и счетчик дефектов. Для достижения цели
устройство снабжено приводным роликом идентичным лентопротяжному ролику
установленном на оси привода .
Таким образом анализ литературных источников показал что для повышения
чувствительности контроля сварных швов обечайки вследствие уменьшения
растекания магнитного потока целесообразно для намагничивания ОК и
производительности контроля применить цепочку электромагнитов.
1 Разработка оборудования для контроля и расчет
Наилучшим для данного объекта контроля является магнитографический метод
который обеспечивает наиболее высокую чувствительность достоверность
контроля производительность удобство в эксплуатации наглядность при
исследовании данного объекта контроля.
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.
Намагничивающее устройство (НУ) представляет собой цепочку
электромагнитов 1 установленных на упругом основании 2 и закрепляемых к
последнему при помощи болтов (рисунок 6.1.1). (смотри авт. свид.
№1099267 бюл. № 23). Для прижатия магнитной ленты к сварному шву
используется блок 3.
Рисунок 6.1.1- Схема намагничивающего устройства
Дефектоскопы. Для воспроизведения магнитной записи сварных швов применяют
магнитографические дефектоскопы состоящие из считывающего устройства -
вращающегося барабана (ротора) с магнитными индукционными головками
электронного усилителя генератора пилообразного напряжения (генератора
развертки) и электронно-лучевой трубки служащей индикатором.
Промышленность выпускает дефектоскопы имеющие два вида индикации:
импульсную и телевизионную.
В наиболее совершенных дефектоскопах МДУ-2У и МГК-1 для индикации
применена двулучевая электронная трубка с длительным послесвечением
экрана. На одном общем экране двулучевой трубки или на экранах двух
трубок воспроизводятся одновременно импульсное изображение сигналов и
телевизионное изображение магнитограммы участка контролируемого сварного
шва позволяющие определять количественные и качественные характеристики
выявляемых дефектов с достаточной наглядностью и точностью. Для контроля
обечаек предлагается использовать дефектоскоп МДУ-2У 3.
2 Выбор типа магнитной ленты
Для выбора типа ленты вначале по кривой намагничивания материала изделия
определяют напряженность поля требуемую для получения Вопт. Т.к.
составляющая вектора напряженности поля параллельная границе раздела
сред имеет по обе стороны границы одинаковые значения а ферромагнитный
слой ленты находится практически у самой поверхности то на ленту в ее
плоскости воздействует поле напряженностью Нтр. Это поле смещает рабочую
точку характеристики ленты. По таблице 2 4 выбираем магнитную ленту
И4701-35 с коэрцитивной силой Нс=80Асм а Нтр=6483Асм.
Рисунок 6.2.1- Характеристика магнитной ленты
3 Расчет устройства для намагничивания
3.1 Расчет оптимальной индукции в контролируемом сечении объекта
контроля. Для намагничивания объекта контроля используется цепочка
электромагнитов постоянного тока.
Вначале построим кривую намагничивания изделия В=f(H) для стали Ст 3 по
данным из [9] (рисунок 4). Используя данные этой кривой по формуле (1)
строим кривую (r=f(В) (рисунок 5)
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Расчёт оптимального режима сводится к отысканию максимального приращения
производной на падающей ветви данной кривой. Максимальное приращение
производной d(dB находится в месте перегиба кривой функции (r(B) на её
ниспадающей ветви (в этой точке d2(dB2=0). Простейший способ найти
d2(dB2 – заменить табличные значения функции (r=f(B) соответствующим
интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Рисунок 4 – Кривая намагничивания изделия.
Рисунок 5 – График зависимости (r(В).
Величина оптимальной магнитной индукции в изделии определяется по
где aср bср – усреднённые коэффициенты уравнения (1).
Чтобы определить значения aср и bср можно решить три системы типа (4)
подставляя значения ( и В с ниспадающей ветви графика ((В). Для удобства
увеличим этот участок графика и представим его на отдельном рисунке.
Рисунок 6 – Участок кривой ((В).
Решение трёх систем составленных по рисунку 6 представлено в приложении
По формуле ( ) Вопт=16 Тл. Расчётное значение Вопт ниже значения
полученного экспериментально на 10 – 20% поэтому
3.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства.
Расчёт выполнен по методике изложенной в [10].
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке [pic]
Рисунок 7 – расчётная схема намагничивающего устройства.
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 8) и цель
расчёта – определить величину намагничивающей силы необходимой для
создания в изделии необходимой индукции.
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 7):
толщина изделия b=8мм; толщина полюсов выбирается в 2 – 3 раза больше
толщины изделия d=20 мм; расстояние между полюсами L=100мм; высоту полюса
возьмём равной h=100мм; ширину полюса выберем c=200 мм; суммарный зазор
(=1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что растекание магнитного
потока в изделии отсутствует.
Рисунок 8 – Схема магнитной цепи.
Из закона Кирхгофа следует:
где Hi(li – падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим падения магнитного напряжения в изделии Uи и в зазорах Uп:
где Hи и Ви взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 4).
Построим зависимость Uи(Фи) по формулам ( ) (рисунок 9).
Зависимость Uу(Фи) строится по формуле ( ).
где Н0 – напряжённость поля в зазоре; ( - толщина суммарного зазора
Нетрудно заметить что для построения прямой достаточно рассмотреть одно
значение Фи (рисунок 9).
Рисунок 9 – Графики зависимостей Uи(Фи) и Uy(Фи).
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения Ви H так же определяют по кривой намагничивания (рисунок 4).
Строим зависимость Uп(Фп) (рисунок 10).
Чтобы пересчитать Uп в зависимости от Фи запишем уравнение Кирхгофа для
точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 8).
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходной
Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям Rи+Rу и RF то:
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами
Рисунок 10 – Зависимость магнитного напряжения в сердечнике от потока в
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из ( ) и ( ) получаем:
где RF получаем из формул ( ) и ( ).
где Ви и Ни соответствуют
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости Uи(Фи) после пересчёта по формулам (рисунок11).
Рисунок 11 – График зависимости Uп(Фи).
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 12)
Рисунок 12 – График зависимости U((Фи).
Зная сечение изделия строят аналогичный график U((Ви) где Ви=ФиSи
Рисунок 13 – График зависимости U((Ви).
По графику U((Ви) (рисунок 13) зная оптимальное значение магнитной
индукции Вопт=160 Тл находим U1=2486 А.
Необходимо рассчитать ток I текущий в намагничивающем устройстве для
этого надо найти количество витков W1 по следующей формуле:
где S – площадь окна занимая обмоткой (приблизительно 80% всей площади
окна); Кз – коэффициент заполнения (Кз=04); диаметр провода (d1=15мм).
Найдём S по следующей формуле:
Подставляя S в формулу ( ) получаем количество витков W1=1457.
Подставляем U и W в формулу ( ) получаем:
Для сварных швов с усилением расчётный ток рекомендуется увеличивать в 5
Полученное значение тока проверяется на допускаемую плотность тока:
j=I1S1=I1((d124)=0.966 Амм2.
Плотность тока должна быть j12 Амм2 что как видно из формулы ( )
соответствует требованию.
Определим электрическое сопротивление обмотки:
сопротивление меди ((=17(10-8 Ом(м).
Средняя длина витка находится как среднее арифметическое длины первого и
Подставляя в формулу ( ) получаем R=8.88 Ом. Мощность намагничивающего
устройства определяется по формуле:
Все расчетные значения рассчитаны с помощью программы ЕМК.
1.Разработка установки для поперечного намагничивания объекта контроля.
Установка состоит из основания 10 к которому крепится стойка 11 где и
крепится намагничивающее устройство состоящее из пяти параллельно
включенных электромагнитов ориентированных вдоль оси контролируемого
шва. На основании размещены магнитографический дефектоскоп МДУ-2У правый
и левый узлы подмотки лентопротяжного механизма состоящий из приемной
кассеты 4 расходной кассеты 5 электродвигателя 4А71В8У3 27 червячного
редуктора 6 и двух направляющих прижимного и тянущего роликов.
Также на основании закреплены гидроцилиндры 1 и роликовые опоры 3.
Лентопротяжный механизм включает левый и правый узлы подмотки ленты
которые обеспечивают ее перемотку и создают необходимое натяжение ее в
Установка работает следующим образом:
Обечайка подается на позицию контроля. Производится внешний осмотр шва.
Поворотом обечайки контролируемый шов устанавливается в нижнем положении
напротив ленты. Лента с помощью направляющих роликов располагается между
полюсами электромагнитов и протянута через считывающий блок дефектоскопа.
После установки обечайки роликовая опора с помощью гидроцилиндров
опускается что обеспечивает приближение обечайки к полюсам
намагничивающего устройства. Магнитная лента плотно прижимается к
поверхности шва. Затем включается источник питания и происходит
намагничивание контролируемого шва. После намагничивания с помощью
гидроцилиндров обечайка приподнимается над полюсами намагничивающего
устройства. Затем включается лентопротяжное устройство дефектоскопа
которое протягивает ленту с постоянной скоростью. Происходит считывание
магнитной записи. При обнаружении сигнала от недопустимого дефекта
определяют его координаты и отмечают дефектное место на объекте.
Качественные и дефектные обечайки направляют по разным технологическим
2 Разработка установки для продольного намагничивания объекта контроля.
Установка состоит из основания 4 к которому крепятся стойки 5 а также
две направляющие рейки по которым в проведении контроля перемещается в
ручную оператором электромагнит 1. К устройству по средством болтов
крепится левый узел подмотки лентопротяжного механизма состоящий из
расходной кассеты 2 а также крепятся направляющие ролики для придания
правильного направления перемещения магнитной ленте 15. На стойках
закреплены также малая и большая опоры предназначенные для установки
обечайки на позицию контроля.
Устройство содержит технологические пластины для повышения
чувствительности контроля начального и конечного участков шва.
Правую и левую рейку устройства поднимают так чтобы они заняли верхнее
положение. Обечайка подается на большую и малую опоры. Поворотом обечайки
производится внешний осмотр шва. Контролируемый шов устанавливается в
нижнем положении напротив ленты. Лента с помощью направляющих роликов
располагается между полюсами электромагнита и протянута через считывающий
После установки обечайки опускают правую и левую рейки до упора
обеспечивая при этом плотное прижатие ленты к сварному шву. Затем
включается источник питания и плавным движением электромагнита по
направляющим рейкам происходит намагничивание контролируемого шва. После
этого поднимают большую и малую рейки в крайнем верхнем положении.
Включается лентопротяжное устройство дефектоскопа которое протягивает
ленту с постоянной скоростью. Происходит считывание магнитной записи. При
обнаружении сигнала от недопустимого дефекта определяют его координаты и
отмечают дефектное место на объекте. Качественные и дефектные обечайки
направляют по разным технологическим потокам.
На первоначальном этапе происходит внешний осмотр сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям СНиП III-42-
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. До проведения контроля с поверхности продольного
шва выполненного автоматической сваркой и околошовных зон шириной не
менее 20 мм с каждой стороны валика усиления должны быть устранены
грубые неровности. Кроме того с поверхности контролируемых сварных швов
и около шовных зон должна быть удалена грязь и другие посторонние
наслоения затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие
условия магнитной записи на ней полей дефектов.
Перед проведением магнитографического контроля магнитная лента должна
быть подвергнута размагничиванию с помощью стирающего устройства
входящего в комплект дефектоскопа.
После соответствующей обработки сварного шва труба поступает на
намагничивающее устройство где вместе с прижатой эластичным поясом
магнитной лентой намагничивается.
Длина отрезка магнитной ленты накладываемой на контролируемый шов
должна быть не менее длины трубы которая составляет 450 мм.
Намагничивание контролируемых продольных сварных соединений выполняют
постоянным током протекающим по обмоткам электромагнитов соединенных
последовательно и обеспечивающим равномерное намагничивание продольного
шва по всей толщине.
Трубу с помощью привода управляемого оператором подают на
намагничивающее устройство фиксируют её вместе с магнитной лентой и
включают ток необходимой величины.
По истечению 1-2 с. выключают ток после чего идет считывание данных
с магнитной ленты и отметка дефектов на объекте контроля.
Рекомендованное значение суммарного тока при данном продольном и
поперечном намагничивании диаметром трубопровода-350 мм и толщиной
стенки 8 мм – 1105А.
В процессе намагничивания контролируемого сварного шва необходимо
следить за тем чтобы полюса намагничивающего устройства были расположены
симметрично середине шва по всей длине.
В качестве магнитного дефектоскопа выступает дефектоскоп типа МДУ-2У.
Дефектоскоп должен быть настроен.
Браковочный уровень на шкале импульсной индикации или на диаграмме
регистратора должен соответствовать минимальной величине недопустимого
дефекта регламентированного нормативно-технической документацией на
строительство данного трубопровода. Если амплитуда сигнала записанная на
магнитной ленте превышает уровень допустимой амплитуды в данном
дефектоскопе то следует говорить о наличии дефекта.
Так как контроль происходит в стационарных условиях то в качестве
источника питания могут применяться энергосети предприятия.
Разработка метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля
Испытательные образцы продольных сварных швов должны быть изготовлены
для каждой толщины стенки и марки стали труб и сварены тем же методом и
по той же технологии (сварные электроды проволока флюс режим сварки)
что и продольные швы трубопровода качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом.
Если на данном объекте строительства трубопровода применяются трубы
различной поставки из сталей с одинаковыми или близкими магнитными
свойствами то допускается изготовление одного общего испытательного
образца для труб из этих сталей с одинаковой толщиной стенки.
В качестве испытательного образца может служить обечайка или ее часть
длинной не менее 13 окружности сваренная из двух частей трубы того же
диаметра что и контролируемый трубопровод.
Сварка продольного шва испытательного образца должна производиться
таким образом чтобы поверхность шва удовлетворяла требованиям п.1.4 ГОСТ-
225-82 и в некоторых участках шва имелись внутренние дефекты (непровар
или цепочка шлаковых включений преимущественно в корне шва)
протяженностью не менее 40 мм и величиной соответствующей минимальному
браковочному уровню.
Допускается использование сварочных испытательных образцов по п.2
ГОСТ-25225-82 с искусственными дефектами в виде канавок шириной 2-25 мм
и длинной не менее 40-50 мм профрезированные по середине стыкового шва со
стороны его корня. При наличии подварки корня шва внутренний валик
усиления в местах фрезеровки должен соответствовать минимальному
браковочному уровню для заданий толщины стенки трубы установленному
нормативно-технической документации 4.
Работы по магнитографическому контролю следует вести в соответствии с
“Техника безопасности в строительстве”:
“Правила техники безопасности при строительстве магистральных
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопов или из дефектоскопа и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и намагничивающих
устройств выполняют требования электробезопасности в соответствии со
следующими нормативными документами:
“Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
потребителей” (М.Энергия 1970)
При необходимости проверки напряжения электротока на клеммах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдают в соответствии с ГОСТ
При подготовке продольного сварного шва и проведении контроля
дефектоскописты и их помощники при движении трубы не должны находиться на
её пути к установке.
Для подъема трубы и её перемещения следует использовать средства
механизации (подъемные механизмы).
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля
должны периодически проходить инструктаж по технике безопасности с
регистрацией в специальном журнале.
Анализ литературных материалов показал что наиболее приемлемым при
контроле продольных сварных швов труб трубопроводов с толщиной стенки 8мм
и диаметром 350 мм является магнитографический метод.
На основе результатов расчета установлено что оптимальное значение
индукции в контролируемом сечении шва составляет 1725 Тл.
На основе результатов расчета и рекомендаций литературы определены
параметры электромагнита намагничивающего устройства: сечение полюса
0(100 мм диаметр провода 15 мм число витков 1457 величина тока в
катушке равна 8.535 А.
Разработанные методика контроля и устройство магнитографического
контроля для ее осуществления позволяют достоверно обнаруживать дефекты
типа несплошностей: протяженные – более 10% локальные - более 15% от
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.
Х.Кухлинг Справочник по физике: Пер. с нем.-М.: Мир 1982.-520
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии. Мн.: Вышэйшая
школа 1976.-256 с.: ил.
ГОСТ-25225-82. Швы сварных соединений трубопроводов.- М.
издательство стандартов1982-11 ст.
Н.П. Алешин В.Г. Щербинский Контроль качества сварных работ: учеб.
пособие для сред. ПТУ.-2-е изд. перераб. и доп.-М.:Высш.шк.1986.-
7с.ил-(Профтехобразование).
А. с. 1772716 СССР МКИ G01N 2785.Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Романов В.А. Новиков (СССР).-
№490643128. Заявлено 28.01.92. Опубл. 30.01.91.Бюл №40-6с.:ил.
А.с. 1755169 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).-№483330628.
Заявлено 01.06.90. Опубл. 15.08.92. Бюл. №30-6с.
А.с. 17674408 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).-
№482948228. Заявлено 28.05.90. Опубл. 07.10.92. Бюл. №37-6с.
А.с. 1608566 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля изделий из ферромагнитных материалов В.А. Новиков В.А.
(СССР).-№445084225-28. Заявлено 27.06.88. Опубл. 23.11.90. Бюл. №43-
А.с. 2029298 РФ МКИ G01N 2785 Способ магнитного контроля сварных
швов В.А. Новиков В.А. Романов.-№500408328. Заявлено 22.07.91. Опубл.
02.95. Бюл. №5-6с.:ил.
А.с. 1672344 МКИ G01N 2785 Способ магнитографического контроля
сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко .-№44894728. Заявлено
10.88. Опубл. 23.08.91. Бюл. №31-4с.:ил.
А.с. 1188627 МКИ G01N 2785 Способ магнитографического контроля
продольных сварных соединений ферромагнитных труб А.С. Шлеенков М.Л.
Шур .-№376409628. Заявлено 26.06.84. Опубл. 30.10.85. Бюл. №40-3с.:ил.
А.с 1677601 МКИ G01N 2785 Способ магнитного контроля стыковых
сварных швов В.А. Новиков.-№463052728. Заявлено 02.01.89. Опубл.
09.91. Бюл. №34- 3с.:ил.

спецификация.doc

А1 МК 41.01.00.00.000 СБ Сборочный чертеж
б 1 МК 41.01.00.00.001 СБ Толкатель пружинный 4
б 2 МК 41.01.00.00.002 СБ Электромагнит 3
МК 41.01.00.00.003 Корпус 1
МК 41.01.00.00.004 Основание 4
Стандартные изделия
Болт М6х25 ГОСТ 7798-80 12
Болт М10х40 ГОСТ 7798-80 2
Винт М6[pic]25 ГОСТ 1491-8016
Гайка М10 ГОСТ 5915-78 6
Шайба 6 ГОСТ 11371-78 12
Шайба 10 ГОСТ 11371-78 6
Белорусско-Российский

графики1.frw

Обечайка.dwg

Белорусско-Российский
* Размеры для справок
Направление движения

графики2.dwg

намагничивающего устройства
Рисунок 2 - Эквивалентная электрическая схема
Рисунок 1 - Расчетная схема намагничивающего устройства
Уравнение Кирхгофа для точки М эквивалентной
напряжения в магнитопроводе
Формула для нахождения магнитного
Формула для нахождения магнитного напряжения в зазорах
напряжения в изделии
Формула для нахождения падения магнитного
Следствие из закона Кирхгофа
Рисунок 3 - Зависимости напряжений в зазоре Uy и в
изделии Uи от магнитного потока в изделии
Рисунок 4 - Зависимость магнитного напряжения в
магнитопроводе Uп от магнитного потока в нем
магнитопроводе Uп от магнитного потока в изделии
Рисунок 5 - Зависимость магнитного напряжения в
Рисунок 6 - Зависимость суммарного магнитного напряжения в
магнитопроводе Uп от магнитного потока и индукции в изделии
Белорусско-Российский
Расчет электромагнита

ЛЕВЧУК КУРСОВОЙ.doc

Министерство образования Республики Беларусь
МОГИЛЁВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра “Физические методы контроля”
“Приборы и методы электромагнитного контроля”
Тема работы: разработать устройство и методику
магнитного контроля сварных
Работу выполнил: студент : Левчук В.А.
Руководитель работы: Новиков В.А.
Характеристика объекта контроля 5
Обоснование выбора метода контроля 6
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля 11
Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля 14
1 Разработка оборудования для контроля и расчет 14
2 Определение оптимального режима намагничивания 15
3 Выбор типа магнитной ленты 15
4 Расчет устройства для намагничивания 16
4.1 Расчет оптимальной индукции в контролируемом сечении объекта
4.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства 19
Описание устройства для контроля и принцип его действия 26
Разработка методики контроля 28
Разработка метрологического обеспечения средств неразрушающего контроля
Мероприятия по охране труда 31
Список литературы 33
Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других
объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого
качества во всех отраслях машиностроения. Это требует непрерывного
совершенствования технологии производства и методов контроля качества. В
ряде случаев выборочный контроль исходного металла заготовок
полуфабрикатов и готовых изделий ответственного назначения на заводах не
гарантирует их высокое качество особенно при серийном и массовом
изготовлении. В настоящее время все более широкое распространение получает
стократный неразрушающий контроль продукции на отдельных этапах
производства. Для обеспечения высокой эксплуатационной надежности машин и
механизмов большое значение имеет также периодический контроль их состояния
без демонтажа или с ограниченной разборкой производимый при обслуживании в
эксплуатации или ремонте.
В современных условиях стремительного научно-технического прогресса
роль неразрушающего контроля значительно возросла. Без этого
высокоэффективного и производительного контроля невозможно например
развитие космической авиационной и атомной техники и современной
энергетики а также обеспечение безопасности движения на транспорте.
В данной курсовой работе необходимо разработать устройство и методику
магнитного контроля сварных соединений обечаек.
Исходными данными являются:
Диаметр обечайки – 300 мм;
Длина обечайки - 500 мм;
Толщина стенки - 6 мм;
Программа выпуска – 1500 шт.год.
Рисунок 1 – Объект контроля
Объектом контроля являются продольные сварные швы обечаек (рисунок 1).
Недопустимые дефекты: непровары глубиной более 10% от толщины стенки
поры и шлаковые включения (hд - > 20%).
Характеристика объекта контроля
В качестве объекта контроля выступает стальная обечайка с наружным
диаметром 300мм толщиной стенки 6мм и длиной – 500мм. Материал из
которого изготавливаются данные изделия – сталь Ст.3. Способ изготовления –
вальцовка из стального листа с последующей сборкой и сваркой продольным
швом. Основные виды дефектов которые нас интересуют будут располагаться в
месте расположения сварного шва и будут представлять собой поры шлаковые
включения непровары. Тип дефектов: протяженные и локальные. Причем
протяженные считаются недопустимыми дефектами если они составляют более
% от толщины стенки трубы а локальные - более 20%. Данное изделие
предназначено в качестве заготовки для изготовления сосудов работающих под
давлением (баллоны для сжиженного и природного газа). Эксплуатируются
газовые баллоны как в закрытых помещениях так и на открытом воздухе
следовательно для условий их эксплуатации характерен перепад температур
которые соответствуют климатическому поясу в котором будет осуществляться
их эксплуатация. В нашем случае это умеренный пояс с диапазоном температур
Обоснование выбора метода контроля
Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных потоков
(полей) рассеяния создаваемых несплошностями (различными дефектами или
неоднородностями структуры) в намагниченных изделиях из ферромагнитных
Феррозондовый метод. Сущность феррозондового метода контроля
заключается в обнаружении магнитных полей дефектов с помощью
магнитомодуляционных датчиков-феррозондов.
Для магнитной дефектоскопии обычно применяют феррозонды собранные по
градиентометрической схеме. По сравнению с феррозондом-полемером
градиентометры в этом случае имеют преимущество заключающееся в том что
на их показания практически не оказывают влияние постоянные магнитные поля.
Напряженность этих посторонних полей может изменяться в широких пределах
однако в малом объеме занимаемом феррозондом их градиенты ничтожно малы
по сравнению с измеряемыми локальными полями рассеяния от дефектов.
В магнитной дефектоскопии применяют обычно феррозонды небольших
размеров длиной 2—10 мм питающиеся током возбуждения частотой 10—300 кГц.
На низших пределах частот работают феррозондовые приборы предназначенные
для выявления относительно грубых дефектов в стальных изделиях с высокими
коэрцитивной силой (Нс = 1600—2400 Ам) и остаточной индукцией (Вr=6-7).
Феррозондовые дефектоскопы работающие на частотах 100 кГц очень
чувствительны. С помощью таких дефектоскопов в изделиях из магнитомягких
материалов могут выявляться поверхностные дефекты (микро- и макротрещины и
риски глубиной 001 мм и более тонкие пленки и др.) внутренние дефекты на
глубине до 8 мм а более крупные дефекты на глубине до 15 мм. Этим методом
удается обнаруживать трещины глубиной 05 мм на внутренней поверхности труб
толщиной 6-8 мм. Для обеспечения высоко чувствительности и достоверности
феррозондового метода поверхность контролируемых изделий должна иметь
хорошую чистоту обработки. Кроме того на результаты контроля могут влиять
структурные неоднородности материала изделия.
Контроль можно проводить как в процессе намагничивания деталей (т. е. в
приложенном поле) так и на остаточной индукции после предварительного
намагничивания изделия до насыщения. Контроль в режиме остаточной
намагниченности более прост и удобен.
Феррозондовый метод получил достаточно широкое распространение. За
в ФРГ который разрабатывает феррозондовую дефектоскопическую аппаратуру и
автоматизированные установки для многих машиностроительных и
металлургических заводов.
В отечественной промышленности феррозондовые дефектоскопы (типов ФДП) и
установки (типов ФДУ) применяются для контроля сплошности стальных труб
заготовок прутков деталей шарикоподшипников и многих других изделий
машиностроительных заводов. Привлекательны высокая чувствительность и
возможность автоматизации контроля.
Кроме дефектоскопии феррозонды находят применение для магнитных
измерений толщинометрии и структуроскопии. С помощью феррозондов можно
выявлять ферромагнитные примеси в немагнитных массах и средах определять
степень размагниченности деталей (например после магнитного контроля).
Индукционный метод. Этот метод требует высокой скорости перемещения
преобразователя при контроле в приложенном поле так как заданный объект
контроля имеет очень большие размеры то реализация индукционного метода
Магнитопорошковый метод. Сущность магнитопорошкового метода
заключается в том что на поверхность намагниченной детали наносят
ферромагнитный порошок в виде суспензии с керосином маслом мыльным
раствором и т.п. или в виде магнитного аэрозоля. Под действием втягивающей
(пондеромоторной) силы магнитных полей рассеяния частицы порошка
перемещаются по поверхности детали и скапливаются в виде валиков над
Чувствительность магнитопорошкового метода зависит от размера частиц
порошка и его магнитных свойств напряженности приложенного
намагничивающего поля или индукции в материале контролируемого изделия
формы и величины дефектов а также их расположения по отношению к
поверхности изделия и направлению намагничивания состояния и формы
поверхности контролируемого изделия.
Размеры частиц порошка во много раз сильнее влияют на чувствительность
метода чем магнитные свойства. С увеличением напряженности приложенного
поля (до достижения индукции насыщения) возрастает чувствительность метода
проявляющаяся в увеличении количества обнаруживаемых дефектов. При
соблюдении оптимальных условий ведения контроля магнитопорошковый метод
контроля имеет высокую чувствительность к тонким и мелким трещинам. Он
позволяет выявлять поверхностные и подповерхностные дефекты с раскрытием от
1 мм и глубиной (высотой дефекта) от 005 мм и более. Дефекты округлой
формы (например поры) выявляются хуже.
Методом магнитопорошкового контроля хорошо выявляются поверхностные и
подповерхностные дефекты вида трещин непроваров несплавлений волосовин
закатов включений. Могут также выявляться сравнительно крупные внутренние
дефекты расположенные на глубине до 6 мм от поверхности контролируемого
изделия. Наиболее четко выявляются дефекты наибольший размер которых
ориентирован под прямым или близким к нему углом относительно направления
Если на поверхности контролируемого изделия кроме полей от дефектов
имеются значительные градиенты магнитных полей структурного или
геометрического происхождения (например наличие валика усиления сварного
шва чешуйчатость на его поверхности резкое изменение сечения детали и
т.п.) то магнитный порошок интенсивнее скапливается не над дефектами а в
местах со значительными градиентами магнитного поля. Следовательно по
осаждению магнитного порошка на поверхности детали нельзя однозначно судить
о наличии дефектов сплошности. Поэтому при контроле сварных швов с
усилением или изделий с грубой поверхностью чувствительность
магнитопорошкового метода невысока особенно к внутренним дефектам.
При магнитопорошковом методе контроля изделия намагничивают
постоянным переменным или импульсным током пропускаемым по
намагничивающей катушке (соленоиду) или обмотке электромагнита а также
путем пропускания тока через тело контролируемого изделия либо через
токопроводящий стержень коаксиально расположенный внутри пустотелого
цилиндрического изделия (например трубы). Контролируемые изделия
намагничивают постоянным пульсирующим (импульсным) или переменным полем.
При намагничивании постоянным полем внутренние дефекты выявляются лучше
чем при намагничивании переменным. Однако в ряде случаев (например в
цеховых условиях) отдают предпочтение намагничиванию переменным полем. Это
объясняется тем что от сети переменного тока через понижающий
трансформатор можно непосредственно получить большую силу намагничивающего
тока и создать большую напряженность магнитного поля Н. Однако при
использовании переменного поля основной магнитный поток под влиянием скин-
эффекта вызываемого вихревыми токами вытесняется на поверхность металла
вследствие чего сильнее намагничиваются его поверхностные слои и лучше
выявляются наружные и подповерхностные дефекты (например закалочные или
усталостные трещины и др.). Это особенно важно учитывать при контроле
крупных и толстостенных деталей.
Магнитографический метод. Среди магнитных методов дефектоскопии
наибольшее распространение для контроля качества сварных швов получил
магнитографический метод. Сущность этого метода заключается в
намагничивании контролируемого участка сварного шва и прилегающей к нему
околошовной зоны с одновременной записью магнитного поля на предварительно
размагниченную магнитную пленку и последующем считывании полученной на
ленте магнитограммы с помощью специальных воспроизводящих устройств -
магнитографических дефектоскопов.
На магнитной ленте регистрируются тангенциальные составляющие магнитных
полей содержащие информацию о характере и величине дефектов.
Источником информации о дефекте при магнитографическом контроле служит
электрический сигнал возникающий в чувствительном элементе — магнитной
головке — воспроизводящего устройства. Этот сигнал преобразуется и
наблюдается на экране электронно-лучевой трубки дефектоскопа.
На характеристики сигнала (амплитуду частотный спектр и т.д.)
оказывает влияние большое число факторов: режим намагничивания изделия;
геометрия поверхности; размеры форма глубина залегания и ориентация
дефектов; направление намагничивания и считывания информации с ленты;
параметры магнитной головки дефектоскопа (ширина набора сердечника
величина рабочего зазора число витков обмотки наклон рабочего зазора к
траектории движения и т.д.); амплитудно-частотные характеристики канала
передачи информации от чувствительного элемента до экрана электронно-
лучевой трубки; различные помехи и шумы (неровности поверхности изделия
собственные шумы магнитной ленты наводки и помехи в канале воспроизведения
магнитографического дефектоскопа; усиление сварного шва и
макронеоднородность материала шва и околошовной зоны).
Несмотря на такое обилие факторов искажающих первичную информацию
благодаря преобразованию информации о поле в электрический сигнал
магнитографический метод обладает значительно более высокой
чувствительностью в отношении глубинных дефектов чем магнитопорошковый.
Регистрация полей рассеяния от дефектов на магнитную ленту проводится
чаще всего в приложенном магнитном поле а преобразование информации в
электрический сигнал осуществляется по остаточной намагниченности ленты.
Такой двухступенчатый процесс позволяет получить максимально возможное
количество информации при минимальных ее потерях за счет регистрации полей
рассеяния дефектов на магнитную ленту в сильных полях и создания
оптимальных условий работы чувствительного элемента – магнитной головки при
отсутствии мощного поля внешнего источника.
Магнитографическим методом контроля хорошо выявляются протяженные
дефекты (трещины непровары цепочки и скопления шлаковых включений и
газовых пор) преимущественно ориентированные поперек направления
магнитного потока при намагничивании. Гораздо хуже выявляются одиночные
шлаковые включения и газовые поры особенно имеющие округлую форму.
Под чувствительностью магнитографического метода (() понимают отношение
вертикального размера (глубины) минимально выявляемого дефекта ((h) к
толщине стенки (() основного металла контролируемого изделия т. е. 3: На
чувствительность магнитографического метода сильное влияние оказывают
высота и форма усиления а также состояние его поверхности. Хорошие
результаты контроля обеспечиваются если высота усиления сварных швов не
превышает 25% толщины основного металла изделия с плавным переходом от
направленного металла шва к основному и если неровности (чешуйчатость) на
поверхности швов составляют не более 25—30% высоты усиления (но не более 1
мм). Отсюда следует что наилучшие результаты могут быть получены при
контроле сварных швов выполненных автоматической сваркой под слоем флюса
или в среде защитных газов. При контроле сварных швов с грубой
чешуйчатостью выполненных ручной электродуговой сваркой требуется
предварительная подготовка их поверхности путем зачистки и устранения
недопустимых неровностей.
Для хороших результатов магнитографического контроля важное значение
имеет равномерный и плотный прижим магнитной ленты к поверхности сварного
шва. Основа ленты должна быть достаточно прочной и эластичной чтобы могла
плотно облегать неровную поверхность контролируемого шва. Разработаны
специальные магнитные ленты типа МК-1 (на триацетатной основе) и МК-2 (на
лавсановой основе) шириной 35 мм имеющие коэрцитивную силу Нс=8(103 Ам
остаточную индукцию Вт = 05-06 и остаточный поток Фг=10-8 Вб. При
одинаковых магнитных характеристиках лента МК-2 обладает более высокими
физико-механическими свойствами чем лента МК-1 и может применяться в
полевых условиях сварочно-монтажных работ при температурах окружающего
воздуха от +70 до —600 (—700) С. Лента типа МК-1 (на триацетатной основе)
при отрицательных температурах ниже —300С теряет эластичность и становится
Магнитографический метод в основном применяют для контроля стыковых
швов выполненных методами сварки плавлением. С использованием выпускаемой
промышленностью намагничивающей аппаратуры этим методом можно
контролировать сварные изделия и конструкции из различных сортов листовой
стали толщиной до 20 мм.
В результате обзора существующих методов контроля данного объекта
можно сделать вывод что из-за достаточно больших размеров объекта контроля
и других причин наилучшим является магнитный вид контроля
магнитографический метод который обеспечивает наиболее высокую
чувствительность достоверность контроля производительность удобство в
эксплуатации и наглядность.
Анализ литературных источников с целью выбора способа контроля
Способ магнитографического контроля сварных соединений заключается в
том что на поверхности шва укладывают магнитную ленту сварной шов
намагничивают при перемещении вдоль оси сварного шва электромагнита с П-
образным сердечником прямоугольного сечения полюсы которого размещены по
одну сторону от сварного шва. Считывают информацию о магнитном рельефе по
которой судят о качестве шва отличающийся тем что с целью повышения
чувствительности контроля швов на наличие пор и шлаковых включений при
одностороннем доступе к сварному шву электромагнит устанавливают так что
его продольная ось перпендикулярна оси шва намагничивание начинают и
заканчивают не менее чем за 50 мм от контролируемой зоны 6.
Способ магнитографического контроля сварных швов заключающийся в том
что на поверхности контролируемого шва укладывают магнитную ленту с
помощью П-образного электромагнита намагничивают сварной шов под различными
углами к его продольной оси считывают магнитограмму и по ней определяют
качество шва отличающийся тем что с целью повышения чувствительности при
контроле сварных стыковых соединений с порами и шлаковыми включениями
после укладки ленты на шов на нее или рядом с сварным швом параллельно
основной ленте укладывают отрезок настроечной ленты содержащей одно или
несколько отверстий в ферромагнитном слое а перед считыванием записи с
магнитной ленты помещают настроечную ленту в считывающее устройство
дефектоскопа и поворачивая ее до положения при котором сигнал от границы
отверстия и ленты будет максимальным определяют направление считывания
Способ магнитографического контроля сварных соединений заключающийся в
том что на поверхности контролируемого шва накладывают магнитную ленту
намагничивают сварной шов с помощью П-образного электромагнита считывают
магнитограмму в направлениях параллельных продольной оси шва и определяют
качество шва отличающийся тем что с целью повышения чувствительности и
достоверности контроля сварного шва на наличие дефектов округлой формы на
ленте отмечают положение краев сварного шва с намерением осуществляют под
углом 0180º к продольной оси шва 8.
Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных
материалов заключающийся в том что сварные швы намагничивают совместно с
размещенным на его поверхности магнитным носителем имеющим магнитные и
немагнитные участки считывают с носителя магнитограмму в процессе
считывания магнитограммы сравнивают сигналы от границ немагнитного и
магнитного участков носителя с эталонным сигналом и с учетом степени
намагниченности носителя корректируют режим намагничивания отличающийся
тем что с целью повышения чувствительности при контроле сварных швов
границу немагнитного участка магнитного носителя располагают на границе
плоскости симметрии сварных швов 9.
Способ магнитного контроля сварного шва заключается в том что
намагничивают сварной шов с прилегающей околошовной зоной считывают
топографию магнитного рельефа контролируемого участка в околошовной зоне и
по магнитограмме определяют наличие дефектов отличающийся тем что о
положении дефекта судят по результату сравнения амплитуд сигналов
считываемых на одинаковых расстояниях от краев сварного шва считая что
расстояние от центра дефекта до краев сварного шва обратно пропорционально
амплитудам сигналов 10.
что на поверхность контролируемого шва укладывают магнитную ленту
намагничивают сварной шов с помощью П-образного электромагнита и
установленных на заданном расстоянии от поверхности шва дополнительных
пластин рабочие торцы которых расположены симметрично относительно оси
сварного шва считывают магнитограмму и по ней определяют качество шва
отличающийся тем что с целью повышения чувствительности контроля
подмагничивающие пластины устанавливают так чтобы проекция граней их
рабочих торцов располагалась на краях валика усиления шва 11.
Способ магнитографического контроля продольных сварных соединений
ферромагнитных труб заключающийся в том что ферромагнитную ленту
размещают на поверхности сварного шва создают с помощью приставного
электромагнита магнитное поле намагничивающее контролируемый участок трубы
в поперечном направлении уменьшают намагничивающий ток снимают
ферромагнитную ленту и по полученной на ней магнитограмме определяют
качество контролируемого участка отличающийся тем что с целью повышения
чувствительности контроля измеряют напряженность магнитного поля над
поверхностью контролируемого участка а величину намагничивающего тока
(электромагнита) плавно уменьшают до равенства измеряемой напряженности
магнитного поля нулю 12.
Способ магнитного контроля стыковых сварных швов заключающийся в том
что намагничивают сварной шов с прилегающей околошовной зоной считывают
по магнитограмме определяют наличие дефектов 13.
Таким образом анализ литературных источников показал что
целесообразней применять намагничивание сварного шва с прилегающей
околошовной зоной считывать топографию магнитного рельефа контролируемого
участка и по магнитограмме определять наличие дефектов.
Анализ литературных источников с целью разработки и модернизации
оборудования для контроля
Проанализировав различные литературные источники я пришел к выводу
что при перемещении труб больших размеров не всегда можно добиться точного
положения полюсов намагничивающего устройства относительно сварного шва.
Поэтому в данном разрабатываемом мною устройстве целесообразно применить
ручную корректировку т.е. оператор может осуществлять ее с помощью
механизма точной установки который расположен на станине устройства для
этого оператор путём вращения штурвала указанного механизма добивается
необходимого положения сварного шва относительно полюсов электромагнита.
Компоновка расчет и разработка оборудования для контроля
1 Разработка оборудования для контроля и расчет
Наилучшим для данного объекта контроля является магнитографический
метод который обеспечивает наиболее высокую чувствительность
достоверность контроля производительность удобство в эксплуатации
наглядность при исследовании данного объекта контроля.
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
Намагничивающее устройство (НУ) представляет собой цепочку
электромагнитов 1 установленных на упругом основании 2 и закрепляемых к
последнему при помощи болтов (рисунок 6.1.1) (смотри авт. свид. №1099267
бюл. № 23). Для прижатия магнитной ленты к сварному шву используется блок
Рисунок 2 - Схема намагничивающего устройства
Дефектоскопы. Для воспроизведения магнитной записи сварных швов
применяют магнитографические дефектоскопы состоящие из считывающего
устройства - вращающегося барабана (ротора) с магнитными индукционными
головками электронного усилителя генератора пилообразного напряжения
(генератора развертки) и электронно-лучевой трубки служащей индикатором.
Промышленность выпускает дефектоскопы имеющие два вида индикации:
импульсную и телевизионную.
В наиболее совершенных дефектоскопах МДУ-2У и МГК-1 для индикации
применена двухлучевая электронная трубка с длительным послесвечением
экрана. На одном общем экране двухлучевой трубки или на экранах двух трубок
воспроизводятся одновременно импульсное изображение сигналов и
телевизионное изображение магнитограммы участка контролируемого сварного
шва позволяющие определять количественные и качественные характеристики
выявляемых дефектов с достаточной наглядностью и точностью. Для контроля
обечаек предлагается использовать дефектоскоп МДУ-2У 3.
2 Определение оптимального режима намагничивания
Расчет оптимального режима намагничивания сводится к определению
максимального приращения производной на падающей ветви кривой В=f(H) - в
этой точке [pic] Простейший способ найти [pic]- заменить табличные значения
функции (=f(B) соответствующим интерполяционным многочленом [pic] где a
b c d - неизвестные коэффициенты 4.
Чтобы определить bср и аср можно воспользоваться методом наименьших
квадратов или решить ряд систем уравнений подставляя численные значения В
из кривой. Однако в данной курсовой работе использована программа расчета
оптимального режима намагничивания и параметров намагничивающего устройства
ЕМК. В результате расчета получили: Вопт =17 Тл (с учетом того что
расчетное значение ниже значения полученного экспериментально на 10-20%).
3 Выбор типа магнитной ленты
Для выбора типа ленты вначале по кривой намагничивания материала
изделия определяют напряженность поля требуемую для получения Вопт. Т.к.
составляющая вектора напряженности поля параллельная границе раздела сред
имеет по обе стороны границы одинаковые значения а ферромагнитный слой
ленты находится практически у самой поверхности то на ленту в ее плоскости
воздействует поле напряженностью Нтр. Это поле смещает рабочую точку
характеристики ленты. По таблице 2 4 выбираем магнитную ленту И4701-35 с
коэрцитивной силой Нс=80Асм а Нтр=6483Асм.
Рисунок 3 - Характеристика магнитной ленты
4 Расчет устройства для намагничивания
4.1 Расчет оптимальной индукции в контролируемом сечении объекта контроля
Для намагничивания объекта контроля используется цепочка
электромагнитов постоянного тока.
Вначале построим кривую намагничивания изделия В=f(H) для стали Ст 3
по данным из [9] (рисунок 4). Используя данные этой кривой по формуле (2)
строим кривую (r=f(В) (рисунок 5)
где (0 – магнитная постоянная (0=4((10-7Гнм.
Расчёт оптимального режима сводится к отысканию максимального
приращения производной на падающей ветви данной кривой. Максимальное
приращение производной d(dB находится в месте перегиба кривой функции
(r(B) на её ниспадающей ветви (в этой точке d2(dB2=0). Простейший способ
найти d2(dB2 – заменить табличные значения функции (r=f(B) соответствующим
интерполяционным многочленом:
где a b c d – неизвестные коэффициенты.
Рисунок 4 – Кривая намагничивания изделия.
Рисунок 5 – График зависимости (r(В).
Величина оптимальной магнитной индукции в изделии определяется по
где aср bср – усреднённые коэффициенты уравнения (2).
Чтобы определить значения aср и bср можно решить три системы типа
(4) подставляя значения ( и В с ниспадающей ветви графика ((В). Для
удобства увеличим этот участок графика и представим его на отдельном
рисунке. (рисунок 6).
Рисунок 6 – Участок кривой ((В).
Решение трёх систем составленных по рисунку 6 представлено в
По формуле (1) Вопт=17 Тл. Расчётное значение Вопт ниже значения
полученного экспериментально на 10 – 20% поэтому
4.2 Расчёт электромагнита намагничивающего устройства
Расчёт выполнен по методике изложенной в [10].
Схема намагничивающего устройства представлена на рисунке 7.
Рисунок 7 – расчётная схема намагничивающего устройства
Электромагнит представляет собой магнитную цепь (рисунок 8) и цель
расчёта – определить величину намагничивающей силы необходимой для
создания в изделии необходимой индукции.
Выбираем следующие параметры намагничивающего устройства (рисунок 7):
толщина изделия b=6 мм; толщина полюсов выбирается в 2 – 3 раза больше
толщины изделия d=15 мм; расстояние между полюсами L=100мм; высоту полюса
возьмём равной h=100мм; ширину полюса выберем c=200 мм; суммарный зазор
(=1мм. Расчёт выполняют принимая допущение что растекание магнитного
потока в изделии отсутствует.
Рисунок 8 – Схема магнитной цепи.
Из закона Кирхгофа следует:
где Hi(li – падение магнитного напряжения на участке цепи li.
Рассмотрим падения магнитного напряжения в изделии Uи и в зазорах Uп:
где Hи и Ви взяты с кривой намагничивания изделия (рисунок 4).
Построим зависимость Uи(Фи) по формулам (8 ) (рисунок 9).
Зависимость Uу(Фи) строится по формуле (9 ).
где Н0 – напряжённость поля в зазоре; ( - толщина суммарного зазора
Нетрудно заметить что для построения прямой достаточно рассмотреть одно
значение Фи (рисунок 9).
Рисунок 6.4.9 – Графики зависимостей Uи(Фи) и Uy(Фи).
Магнитное напряжение в магнитопроводе в зависимости от потока в нём
выражается формулами:
Значения Ви H так же определяют по кривой намагничивания (рисунок 4).
Строим зависимость Uп(Фп) (рисунок 10).
Чтобы пересчитать Uп в зависимости от Фи запишем уравнение Кирхгофа
для точки М эквивалентной электрической схемы (рисунок 8).
где F – магнитный поток рассеяния шунтирующий изделие и переходной
Так как отношение потоков Фи и F обратно пропорционально магнитным
сопротивлениям Rи+Rу и RF то:
где RF – магнитное сопротивление потока рассеяния между полюсами
Рисунок 10 – Зависимость магнитного напряжения в сердечнике от потока в
где GF – проводимость участка между параллельными призмами (полюсами
намагничивающего устройства).
Из (13 ) и (13 ) получаем:
где RF получаем из формул (13 ) и (15 ).
где Ви и Ни соответствуют
оптимальному режиму намагничивания.
Строим график зависимости Uи(Фи) после пересчёта по формулам(рисунок
Рисунок 11 – График зависимости Uп(Фи).
Далее суммируем данные на графиках Uи Uу и Uп получаем U( и строим
график U((Фи) (рисунок 12)
Рисунок 12 – График зависимости U((Фи).
Зная сечение изделия строят аналогичный график U((Ви) где Ви=ФиSи
Рисунок 13 – График зависимости U((Ви).
По графику U((Ви) (рисунок 13) зная оптимальное значение магнитной
индукции Вопт=17 Тл находим U1=3500 А.
Необходимо рассчитать ток I текущий в намагничивающем устройстве для
этого надо найти количество витков W1 по следующей формуле:
где S – площадь окна занимая обмоткой (приблизительно 80% всей площади
сердечника); Кз – коэффициент заполнения (Кз=04); диаметр провода
Найдём S по следующей формуле:
Подставляя S в формулу (19 ) получаем количество витков W1=1440.
Подставляем U и W в формулу (18 ) получаем:
Для сварных швов с усилением расчётный ток рекомендуется увеличивать в
Полученное значение тока проверяется на допускаемую плотность тока:
j=I1S1=I1((d124)=68 Амм2. (20)
Плотность тока должна быть j12 Амм2 что как видно из формулы (20)
соответствует требованию.
Определим электрическое сопротивление обмотки:
сопротивление меди ((=17(10-8 Ом(м).
Средняя длина витка находится как среднее арифметическое длины первого
Подставляя в формулу (21 ) получаем R=8.7 Ом. Мощность
намагничивающего устройства определяется по формуле:
Описание устройства для контроля и принцип его действия
Для магнитографического контроля сварных соединений обечаек я
применил неподвижное намагничивающее устройство позволяющее намагничивать
весь продольный сварной с одной установки. Так как контроль производится в
стационарных условиях то для него целесообразно применить неподвижное
продольное намагничивающее устройство.
Устройство для контроля содержит блок намагничивания выполненный в
виде ряда электромагнитов 1 с П-образными магнитопроводами установленными
на станине 2 блок прижима магнитной ленты 3 выполнен в виде
ориентированной параллельно ряду электромагнитов 1 консольной штанги 4 к
которой крепится корпус 6 посредством пружин 5 вытянутый вдоль ряда
электромагнитов 1. Корпус имеет на концах расположенных над крайними
электромагнитами 1 ферромагнитные вставки 7 и 8 и отверстия 9 для
магнитной ленты 3. На поверхности корпуса обращенной к электромагнитам 1
закреплена упругая прокладка 10. На свободном конце штанги 4 закреплена ось
для подающей кассеты 12 а на заневольном конце штанги 4 - ось 13 для
приемной кассеты 14.
Размагничивающий соленоид 15 размещен на корпусе 6 вблизи оси 11
подающей кассеты 12.
Устройство содержит также лентопротяжный механизм включающий привод
с лентопротяжным роликом 17 на оси оси 11 и 13 для подающей и приемной
кассет 12 и 14 ролики 18 и 19 направляющие движения магнитной ленты 3 и
размещенные в отверстиях 9 корпуса 6 вблизи ферромагнитных вставок 7 и 8.
На оси привода 16 размещен также приводной ролик 20 охваченный и
управляющим тросом 21 который охватывает также ось 11 и проходит через
отверстие отметчика дефектов 22. На тросе 21 установлены две стопорные
шайбы 23 и 24 диаметр которых больше диаметра отверстия в корпусе
Шайбы на тросе укреплены таким образом чтобы в момент времени когда
отметчик дефектов 22 находится над началом шва одна шайба 23 была прижата
к его корпусу а другая шайба 24 была расположена над считывающим блоком
т.е. расстояние между шайбами равно расстоянию от кромки обечайки до
считывающего блока. Имеется также конечный выключатель 26 а также муфта 27
Устройство работает следующим образом.
Подающая кассета 12 с магнитной лентой устанавливается на ось 11 и
закрепляется. Конец ленты через соленоид 15 направляющие ролики 18 и 19
заводится в считывающий блок 25 а затем через лентопротяжный ролик 17 в
приемную кассету 14. Сориентированная вниз контролируемым швом обечайка 28
или другое изделие подается например на роликах 29 к устройству так
чтобы штанга 4 расположилась над сварным швом. Затем ролики 29 опускаются и
обечайка укладывается без зазора на электромагниты 1. Включается источник
питания электромагнитов (не показан) после чего ферромагнитные вставки 7 и
блока прижима притягиваются к выступающим за кромку изделия
электромагнитам и упругая прокладка 10 прижимает ленту по всей длине шва.
Происходит намагничивание сварного шва и ленты. После выключения источника
питания за счет действия пружин 5 лента освобождается. Включается привод 16
лентопротяжного механизма и за счет вращения лентопротяжного ролика 17
лента перемещается проходя через считывающий блок 25. Одновременно с
лентой за счет вращения приводного ролика 20 начинает двигаться трос 21. В
этот момент времени когда к считывающему блоку 25 подойдет участок ленты
на котором начинается запись шва стопорная шайба 24 подходит к отметчику
дефектов и начинает его перемещать. Скорость перемещения отметчика будет
одинакова со скоростью движения ленты так как они перемещаются от одного
привода роликами 20 и 17 одинакового диаметра.
Направление движения отметчика 22 и ленты противоположны. Вследствие
одинаковой скорости и противоположно го направления в каждый момент времени
отметчик дефектов находится над той точкой шва к которой прижат участок
ленты находящийся в этот момент времени в считывающем блоке 25. При
наличии недопустимого дефекта со считывающего блока 25 поступает сигнал на
отметчик 22 который точно отмечает дефект на обечайке. Когда отметчик 22
доходит до края обечайки он с помощью конечного выключателя 26
останавливает привод своего движения и движения ленты. Контролируемое
изделие убирается из зоны контроля муфтой 27 отключается лентопротяжный
ролик 17 включается привод 16 и за счет перемещения троса 21 шайба 23
возвращает отметчик в исходное положение. Шайба 24 в этот момент снова
останавливается над считывающим блоком 25.
Разработка методики контроля
На первоначальном этапе происходит внешний осмотр сварного шва. Шов
осматривается визуально на наличие видимых дефектов: трещин дефектов
нарушения сплошности. Шов должен соответствовать требованиям СниП III-42-80
или другому нормативно-техническому документу утвержденному в
установленном порядке. До проведения контроля с поверхности продольного
шва выполненного автоматической сваркой и околошовных зон шириной не
менее 20 мм с каждой стороны валика усиления должны быть устранены грубые
неровности. Кроме того с поверхности контролируемых сварных швов и около
шовных зон должна быть удалена грязь и другие посторонние наслоения
затрудняющие плотное прилегание магнитной ленты и ухудшающие условия
магнитной записи на ней полей дефектов.
Перед проведением магнитографического контроля магнитная лента должна
быть подвергнута размагничиванию с помощью стирающего устройства входящего
в комплект дефектоскопа.
После соответствующей обработки сварного шва обечайка поступает на
намагничивающее устройство где вместе с прижатой эластичным поясом
магнитной лентой намагничивается.
Длина отрезка магнитной ленты накладываемой на контролируемый шов
должна быть не менее длины обечайки которая составляет 500 мм.
Намагничивание контролируемых продольных сварных соединений выполняют
постоянным током протекающим по обмоткам 12-ти электромагнитов
соединенных последовательно и обеспечивающим равномерное намагничивание
продольного шва по всей толщине.
На намагничивающем устройстве также имеется отметчик дефектов
который при наличии таковых оставляет метки на объекте контроля в местах
Трубу с помощью привода управляемого оператором подают на
намагничивающее устройство фиксируют её вместе с магнитной лентой и
включают ток необходимой величины.
По истечению 1-2 с. выключают ток после чего одновременно идет
считывание данных с магнитной ленты и отметка дефектов на объекте контроля.
Рекомендованное значение суммарного тока при данном продольном
намагничивании диаметром трубопровода-1420 мм и толщиной стенки 24 мм
В процессе намагничивания контролируемого сварного шва необходимо
следить за тем чтобы полюса намагничивающего устройства были расположены
симметрично середине шва по всей длине.
В качестве магнитного дефектоскопа выступает дефектоскоп типа МДУ-2У.
Дефектоскоп должен быть настроен.
Браковочный уровень на шкале импульсной индикации или на диаграмме
регистратора должен соответствовать минимальной величине недопустимого
дефекта регламентированного нормативно-технической документацией на
строительство данного трубопровода. Если амплитуда сигнала записанная на
магнитной ленте превышает уровень допустимой амплитуды в данном
дефектоскопе то следует говорить о наличии дефекта.
Так как контроль происходит в стационарных условиях то в качестве
источника питания могут применяться энергосети предприятия.
Испытательные образцы продольных сварных швов должны быть изготовлены
для каждой толщины стенки и марки стали обечаек и сварены тем же методом и
по той же технологии (сварные электроды проволока флюс режим сварки)
что и продольные швы обечайки качество которых подлежит контролю
магнитографическим методом.
В качестве испытательного образца может служить обечайка или ее часть
размером не менее 13 окружности сваренная из двух частей обечайки того же
диаметра что и контролируемой изделия.
Сварка продольного шва испытательного образца должна производиться
таким образом чтобы поверхность шва удовлетворяла требованиям п.1.4 ГОСТ-
225-82 и в некоторых участках шва имелись внутренние дефекты (непровар
или цепочка шлаковых включений преимущественно в корне шва) протяженностью
не менее 40 мм и величиной соответствующей минимальному браковочному
Допускается использование испытательных образцов по п.2 ГОСТ-25225-82
с искусственными дефектами в виде канавок шириной 2-25 мм и длинной не
менее 40-50 мм профрезерованным по середине стыкового шва со стороны его
корня. При наличии подварки корня шва внутренний валик усиления в местах
фрезеровки должен соответствовать минимальному браковочному уровню для
заданий толщиной стенки обечайки установленному нормативно-технической
Мероприятия по охране труда
Работы по магнитографическому контролю следует вести в соответствии с
“Техника безопасности в строительстве”:
“Правила техники безопасности при строительстве магистральных
Магнитографический контроль должно выполнять звено из двух
дефектоскопов или из дефектоскопа и его помощника.
При использовании магнитографических дефектоскопов и намагничивающих
устройств выполняют требования электробезопасности в соответствии со
следующими нормативными документами:
Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок
При необходимости проверки напряжения электротока на клеммах
намагничивающего и воспроизводящего устройств следует пользоваться только
специальными приборами (указателем напряжения или контрольной лампой).
Требования пожарной безопасности соблюдают в соответствии с ГОСТ
При подготовке продольного сварного шва и проведении контроля
дефектоскописты и их помощники при движении трубы не должны находиться на
её пути к установке.
Для подъема трубы и её перемещения следует использовать средства
механизации (подъемные механизмы).
Все лица участвующие в проведении магнитографического контроля
должны периодически проходить инструктаж по технике безопасности с
регистрацией в специальном журнале.
Анализ литературных материалов показал что наиболее приемлемым при
контроле продольных сварных швов обечаек магистральных трубопроводов с
толщиной стенки 6 мм и диаметром 300 мм является магнитографический метод.
На основе результатов расчета установлено что оптимальное значение
индукции в контролируемом сечении шва составляет 16 Тл.
На основе результатов расчета и рекомендаций литературы определены
параметры электромагнита намагничивающего устройства: сечение полюса 100(15
мм диаметр провода 15 мм число витков 1440.
Разработанные методика контроля и устройство магнитографического контроля
для ее осуществления позволяют достоверно обнаруживать дефекты типа
сплошностей: протяженные – более 10% локальные - более 25% от толщины.
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.
Х.Кухлинг Справочник по физике: Пер. с нем.-М.: Мир 1982.-520
Козлов В.С. Техника магнитографической дефектоскопии. Мн.: Вышэйшая
школа 1976.-256 с.: ил.
ГОСТ-25225-82. Швы сварных соединений трубопроводов.- М.
издательство стандартов1982-11 ст.
Н.П. Алешин В.Г. Щербинский Контроль качества сварных работ: учеб.
пособие для сред. ПТУ.-2-е изд. перераб. и доп.-М.:Высш.шк.1986.-297с.ил-
(Профтехобразование).
А. с. 1772716 СССР МКИ G01N 2785.Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Романов В.А. Новиков (СССР).-
№490643128. Заявлено 28.01.92. Опубл. 30.01.91.Бюл №40-6с.:ил.
А.с. 1755169 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля сварных швов В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).-№483330628.
Заявлено 01.06.90. Опубл. 15.08.92. Бюл. №30-6с.
А.с. 17674408 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля сварных соединений В.А. Новиков В.А. Романов (СССР).-
№482948228. Заявлено 28.05.90. Опубл. 07.10.92. Бюл. №37-6с.
А.с. 1608566 СССР МКИ G01N 2785 Способ магнитографического
контроля изделий из ферромагнитных материалов В.А. Новиков В.А. (СССР).-
№445084225-28. Заявлено 27.06.88. Опубл. 23.11.90. Бюл. №43-4с.:ил.
А.с. 2029298 РФ МКИ G01N 2785 Способ магнитного контроля сварных
швов В.А. Новиков В.А. Романов.-№500408328. Заявлено 22.07.91. Опубл.
02.95. Бюл. №5-6с.:ил.
А.с. 1672344 МКИ G01N 2785 Способ магнитографического контроля
сварных швов В.А. Новиков М.В. Федченко .-№44894728. Заявлено 03.10.88.
Опубл. 23.08.91. Бюл. №31-4с.:ил.
А.с. 1188627 МКИ G01N 2785 Способ магнитографического контроля
продольных сварных соединений ферромагнитных труб А.С. Шлеенков М.Л. Шур
.-№376409628. Заявлено 26.06.84. Опубл. 30.10.85. Бюл. №40-3с.:ил.
А.с 1677601 МКИ G01N 2785 Способ магнитного контроля стыковых
сварных швов В.А. Новиков.-№463052728. Заявлено 02.01.89. Опубл.
09.91. Бюл. №34- 3с.:ил.