стальная трубная заготовка. Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества во всех отраслях машиностроения

• Название: Повышение уровня надежности и увеличение ресурса машин и других объектов техники возможно только при условии выпуска продукции высокого качества во всех отраслях машиностроения
• Анкор: стальная трубная заготовка
• Дата: 17.12.2021
• Размер: 1.55 Mb.
• Имя файла: 1Zapiska_kopia.docx
• Тип: Документы; #306528
• страница: 1 из 3

Введение
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 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.

Практика показывает, что аварии и катастрофы, происходящие при разрушении элементов конструкций объектов, машин и изделий, почти всегда связаны с наличием в них дефектов.

Для выявления дефектов используют различные виды контроля изделий, и среди них важное место занимает магнитный контроль. Магнитные методы используют для контроля размеров, нарушений сплошности, структуроскопии и определения фазового состава ферромагнитных материалов. Современные технологические процессы изготовления продукции машиностроения в большинстве случаев сопровождаются использованием различных способов сварки. Совершенствование их или применение новых способов соединений только частично решает проблему повышения качества изготовляемых конструкций, так как даже при хорошо отработанной технологии сварки возможны различного рода дефекты, приводящие к снижению надежности и долговечности изделий. Создан ряд магнитных дефектоскопов для неразрушающего контроля сварных изделий из ферромагнитных материалов, полученных методом высокочастотной, электродуговой и лазерной сварки, сварки трением, - прямошовных и спирально-шовных электросварных труб, нефтяных бурильных труб с приварными муфтозамковыми соединениями, а также сварных швов плоскостных конструкций или конструкций с небольшой кривизной поверхности.

1 Общая часть

1.1 Характеристика объекта контроля. Постановка задачи проектирования

В данном курсовом проекте необходимо разработать технические средства и методику для дефектоскопии сварных швов стальных трубных заготовок диаметром 800 мм, эскиз которых представлен на рисунке 1.1.



Рисунок 1.1 – Эскиз объекта контроля

Объектом контроля являются трубные заготовки, диаметром 800 мм, длиной 600 мм и толщиной стенки 5 мм. Данные трубные заготовки изготавливаются из стали 09Г2. Тип дефектов: протяженные и компактные. Протяженные считаются недопустимыми дефектами, если они составляют более 10% от толщины стенки трубы, а компактные - более 20%.

Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи: провести анализ характеристик объекта контроля, литературных источников. Произвести разработку, компоновку и расчёт оборудования для контроля. Разработать методику контроля, метрологическое обеспечение средств контроля, привести мероприятия по охране труда.
1.2 Дефекты, возникающие в контролируемых зонах объекта
При сварке металл подвергается расплавлению и затвердеванию, поэтому в сварных соединениях могут образовываться дефекты: поры, непровары, шлаковые включения, вследствие больших токов вероятны подрезы. При нарушении технологии сварки подрезы часто сопровождаются наплывами. Причинами образования дефектов в сварном шве являются недоброкачественность исходных материалов, нарушение режима сварки.

В зависимости от места нахождения и вида дефекты условно делятся на наружные и внутренние. Наружные (внешние) дефекты – это дефекты формы шва, а также прожоги, кратеры, наплывы, подрезы, трещины и поры, выходящие на поверхность металла. В большинстве случаев наружные дефекты можно определить при внешнем осмотре [1].

К внутренним дефектам относятся поры шлаковые включения, непровары, трещины и несплавления.

Внутренние дефекты можно разделить на объемные и плоскостные.

К дефектам объемной формы относятся поры, включения и их разновидности.

ГОСТ 30242—97 устанавливает классификацию, определения и условные обозначения дефектов швов, зоны термического влияния и основного металла при сварке металлов плавлением.

Дефекты классифицированы на шесть групп:

1— трещины;

2— полости, поры;

3— твердые включения;

4— несплавления и непровары;

5— нарушение формы шва;

6— прочие дефекты, не включенные в вышеперечисленные группы.
Трещины в сварном шве — дефект в виде несплошности, образованный локальным разрушением сварочного шва или под действием нагрузок.
В зависимости от ориентации трещины бывают продольными (1), поперечными (2), радиальными - выходящими из одной точки (3) (рисунок 1.2.1) [2].



Рисунок 1.2.1 – Трещины [2]
В зависимости от причин и механизма образования трещины сварных соединений делятся на две большие группы: горячие и холодные. Горячими называются трещины, которые образуются при высоких температурах в процессе кристаллизации сварного шва или сразу после его окончания. Холодные – это трещины, которые образуются в сварном соединении при относительно низких температурах, обычно ниже 200 ⁰С.

Поры - газовая полость сферической формы. Газовой полостью называется полость произвольной формы, не имеющая углов, образованная газами, задержанными в расплавленном металле. Поры могут быть равномерно распределены по шву (1), располагаться цепочкой (2) или скоплением (3) (рисунок 1.2.2). Для конструкций, работающих в условиях статического нагружения, допускается площадь пор не более 7% расчетного сечения шва, а для конструкций, работающих при вибрационной нагрузке, - не более 4-5% [2].



Рисунок 1.2.2 – Поры, цепочки пор [2]
Шлаковое включение — дефект сварного шва, в виде остатков шлака в металле сварного шва оставшегося после кристаллизации металла. Различают шлаковые включения: линейные (1), разобщенные (2), прочие (3) (рисунок 1.2.3).



Рисунок 1.2.3 – Шлаковые включения
В процессе сварки происходят металлургические реакции раскисления в результате которых образуются оксиды. Эти оксиды являются элементами шлака. Во время сварки шлак всплывает на поверхность жидкого металла. Медленное всплытие шлака приводит к его затвердеванию в шве до момента полного всплытия.

Несплавления характеризуются отсутствием соединения между металлом сварного шва и основным металлом или между отдельными валиками сварного шва. Несплавление бывает по боковой поверхности, между валиками, в корне сварного шва (рисунок 1.2.4) [2].



Рисунок 1.2.4 – Несплавление по кромкам шва [2]
Непровары - это несплавление основного металла по длине шва, возникшее вследствие неспособности расплавленного металла заполнить зазор между деталями. Непровары могут вызвать появление трещин, уменьшить коррозионную стойкость сварного соединения. Непровар один из наиболее опасных и недопустимых дефектов для любой сварной конструкции (рисунок 1.2.5) [2].



Рисунок 1.2.5 – Непровар в корне шва [2]
Уменьшение глубины проплавления и образование непровара может вызываться различными причинами, основными из которых являются нарушения режимов сварки, ошибки при выполнении заготовительных и сборочных операций, нарушения технологии сварки.
1.3 Обоснование выбора метода контроля
Существуют следующие виды неразрушающего контроля: акустический, вихретоковый, магнитный, оптический, проникающими веществами, радиационный, радиоволновый, тепловой и электрический.

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, вихретокрдых, радиационных и магнитных методов контроля.

Вихретоковый вид неразрушающего контроля основан на анализе взаимодействия электромагнитного поля вихретокового преобразователя с электромагнитным полем вихревых токов, наводимых в контролируемом объекте. Его применяют только для контроля изделий из электропроводящих материалов. С помощью вихретокового вида 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 0,1 - 0,2 мм, протяженностью 1-2 мм, находящиеся на расстоянии 1-2 мм от поверхности. 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 вихретоковых методов к обнаружению дефектов и структурная неоднородность зоны контроля. 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).

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 [4].

Рассмотрим некоторые магнитные методы контроля более подробно.

Магнитные методы контроля основаны на обнаружении магнитных потоков (полей) рассеяния, создаваемых несплошностями (различными дефектами или неоднородностями структуры) в намагниченных изделиях из ферромагнитных материалов или на определении магнитных свойств объекта контроля.

Магнитопорошковый метод. Магнитопорошковым методом контроля называют метод, основанный на явлении втягивания частиц ферромагнитного порошка магнитными потоками рассеяния, возникающими над дефектами, в намагниченных объектах. Скопления магнитного порошка над дефектами называют индикаторными рисунками дефектов. Индикаторные рисунки повторяют очертания обнаруженных несплошностей в контролируемом ферромагнитном изделии.

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 0,001 мм и глубиной (высотой дефекта) от 0,01 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 металла объекта вместе с прижатым к его поверхности эластичным магнитоносителем (магнитной лентой), фиксации на нем возникающих в местах дефектов сплошности магнитных полей рассеяния и последующем воспроизведении полученной записи. 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. На чувствительность магнитографического метода сильное влияние оказывают высота и форма усиления, а также состояние его поверхности[5]. 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 И 4701-35 (на лавсановой основе) шириной 35 мм, имеющие коэрцитив­ную силу Нс=810³ А/м, остаточную индукцию Вr= (0,5-0,6) Тл и остаточный поток Фr=10^-8 Вб. При одинаковых магнитных характеристиках лента И 4701-35 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 от 2 до 25 мм (ГОСТ 25225-82).

Феррозондовый метод. Феррозондовым называют метод магнитного неразрушающего контроля, основанный на регистрации магнитных полей объекта феррозондовыми преобразователями. Применяют преобразователи с продольным и поперечным возбуждением (полимеры и градиентометры), с параллельными пермаллоевыми сердечниками и с кольцевым магнитопроводом.

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 высокой коэрцитивной силой (