способы неразрушающего контроля сварных соединений в конструкциях для космоса. Способы неразрушающего контроля сварных соединений в конструкц. Способы неразрушающего контроля сварных соединений в конструкциях для космоса
 Скачать 50.16 Kb.
|
|
Способы неразрушающего контроля сварных соединений в конструкциях для космоса. Отразить не менее 3-х методов контроля, можно рассмотреть такие аспекты как температурные поля в процессе сварки, контроль размеров сварных соединений, контроль формы и глубины сварного шва. Введение Технический контроль (ТК) – это проверка соответствия объекта контроля, диагностики или мониторинга установленным техническим требованиям. Как правило, контроль состоит из двух этапов: получения первичной информации о состоянии объекта и сопоставления её с установленными нормами. Неразрушающий контроль (НК) – это проверка, контроль, оценка надёжности, параметров и свойств технических устройств, зданий и сооружений, при которых не должна быть нарушена их пригодность к применению и эксплуатации. Техническая диагностика (ТД) – это научно-техническая дисциплина, изучающая и устанавливающая признаки дефектов технических объектов, а также методы и средства обнаружения и поиска (указания местоположения) дефектов. Техническая диагностика основывается на результатах и информации тех- нического и/или неразрушающего контроля. Дефект (defect) (ГОСТ Р 27.002–2015, п. 3.4.2) – это каждое отдельное несоответствие объекта требованиям, установленным документацией. Повреждение (degraded state) (ГОСТ Р 27.002–2015, п. 3.4.3) – это событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния. Дефектоскопический контроль – это одно из направлений НК, при котором осуществляется контроль качества материалов, деталей, узлов и покрытий, а также контроль состояния скрытых элементов, механизмов, агрегатов и кон- струкций с помощью проникающих физических полей и химических веществ. Дефектоскопия – наука о принципах, методах и средствах обнаружения дефектов. Под дефектоскопией понимают также комплекс физических методов и средств выявления дефектов в материале заготовок, полуфабрикатов и дета- лей (в том числе и деталей в сборе), а также в сварных швах, клёпаных и пая- ных соединениях и др. Интроскопия – направление НК и ТД, связанное с визуализацией физиче- ских полей, прошедших или отражённых от объекта контроля, для определения дефектов материала и состояния конструкций. В условиях эксплуатации объек- та контроля наиболее часто появляются дефекты усталости, коррозии и др. Результатом НК является установленная оценка соответствия объекта контроля предъявляемым техническим требованиям, применяемая как резуль- тат сопоставления окончательной информации об объекте контроля с требова- ниями нормативно-технической документации. В задачу НК входит выявление возможных отклонений от установленных технических характеристик объекта контроля. Такими отклонениями могут быть дефекты типа нарушений сплошности, изменение структуры и физико- механических свойств материала, размеров, покрытий, соединений и т. п. Ко- нечным результатом НК является регистрация всех обнаруженных отклонений и по возможности количественная оценка их параметров (координат, размеров и формы дефектов, величин, зависящих от физико-механических характеристик материала и т. п.). Отбраковка негодных изделий проводится на основе заранее установленных норм. Измерение – нахождение физической величины опытным путём с помощью специальных технических средств [5]. «В настоящее время широко применяются методы и средства неразрушающего контроля (НК ) изделий машиностроения, позволяющие проверять качество, не нарушая их пригодности для дальнейшего использования по назначению. Исследование изменений физических характеристик материалов и обнаружение дефектов, являющихся причиной этих изменений, составляет физическую основу методов неразрушающего контроля. Достоинствами методов НК являются: высокая надежность и достоверность контроля, возможность применения НК в пооперационном контроле изделий, возможность применения методов НК в условиях эксплуатации, сравнительно большая скорость контроля и др.»[1]. Количество методов неразрушающего контроля достаточно многочисленно. В зависимости от физических явлений, положенных в основу контроля, ГОСТ 18353 подразделяет неразрушающий контроль на виды: -магнитный, электрический, вихре-токовый, радиоволновой, оптический, тепловой, радиационный, акустический и проникающими веществами. Каждый вид неразрушающего контроля в свою очередь классифицируется по трем различным признакам а) характеру взаимодействия физических полей или веществ с контролируемым объектом; б) первичным информативным параметрам; в) способам получения первичной информации. Раздел 1. Современное машиностроение, особенно авиа и ракетостроение, предъявляют высокие требования к качеству применяемых материалов, а также к качеству изготовления деталей, сборочных узлов и изделий и прежде всего к их прочности и надежности. Эти требования обусловлены постоянно возрастающими напряженными условиями работы деталей и узлов изделий. В современных конструкциях летательных аппаратов большая часть деталей работает при значительных статических нагрузках, часто при повышенных температурах, подвергается знакопеременным вибрационным и ударным нагрузкам, циклическим температурным воздействиям, работает в условиях воздействия агрессивных сред или радиоактивного излучения. Для изготовления таких деталей и узлов требуются высокопрочные, коррозионностойкие, жаропрочные металлические и неметаллические материалы: стали, цветные сплавы, композиционные материалы, обладающие повышенными удельными физико-механическими свойствами: пределом прочности, длительной прочностью, пределом выносливости, сопротивлением термической усталости и т. д. . Однако не все эти материалы обладают хорошей свариваемостью. В таблице 1 приведены некоторые материалы, используемые для создания космических летательных аппаратов и их пригодность для сварки.
Помимо дефектов кристаллического строения металлов, и дефектов, которые могут образовываться по границам блоков кристалла, в реальном металле встречаются еще более грубые дефекты, например, микроскопические трещины размером более 0,2 мкм. Такие микроскопические трещины резко снижают прочностные характеристики деталей. Еще более грубыми являются дефекты микроскопические, видимые иногда невооруженным глазом, представляющие собой различного рода нарушения сплошности или однородности металла. Подобные дефекты могут стать причиной еще более значительного снижения прочности детали и даже ее разрушения. Выявлять своевременно подобные дефекты и призваны испытания образцов методами неразрушающего контроля. 2. Виды дефектов. При изготовлении деталей и производстве сборочных узлов конструкций изделий часто образуются дефекты, которые условно можно поделить на дефекты, связанные со сваркой плавлением: дефекты подготовки и сборки деталей; дефекты формы сварного шва; наружные и внутренние дефекты. К дефектам подготовки и сборки относятся неправильный угол скоса кромок шва; слишком большое или малое притупление по длине кромок; непостоянство зазора между кромками по длине стыкуемых элементов; несовпадение стыкуемых плоскостей; слишком большой зазор между кромками; загрязнения кромок. Дефекты формы сварного шва обуславливаются отклонениями от формы и размеров шва, заданных в технических условиях и чертежах. При выполнении сварных соединений разными методами сварки швы могут иметь неравномерные размеры, бугры, седловины. Подобные дефекты снижают прочность соединения и могут привести к появлению трещины. К наружным дефектам относят наплывы, подрезы, не заделанные кратеры, прожоги. Наплывы образуются в результате стекания расплавленного металла на нерасплавленный основной металл без сплавления с ним. Подрезы – это канавки в основном металле, идущие по краям шва. Глубина подреза колеблется от десятых долей до нескольких миллиметров. Они уменьшают рабочую толщину основного металла, могут вызвать местную концентрацию напряжений от прилагаемых нагрузок и стать причиной разрушения шва в процессе эксплуатации. Подрезы в стыковых и угловых швах, расположенные перпендикулярно действующим на них силам, приводят к снижению вибрационной прочности. Кратер – углубление, образующееся в конце шва при внезапном прекращении сварки. Кратеры чаще всего возникают при выполнении коротких швов. Размеры кратера в зависимости от величины сварочного тока колеблются от 3 до 20 мм. Не заделанные кратеры снижают прочность сварного соединения, особенно при воздействии вибрационной нагрузки. 7 Прожоги– это сквозные отверстия в сварном шве, чаще всего образуются при сварке металла небольшой толщины и начального слоя в многослойных швах, а также при сварке снизу вверх вертикальных швов. Независимо от причин, отверстие, возникшее при прожоге, заделывается, но шов получается неудовлетворительным по внешнему виду и качеству. К внутренним дефектам относят поры, шлаковые включения, непровары, несплавления и трещины. Поры – полости, заполненные газом, имеющие размеры от 0,1 до 3 мм в диаметре. Поры, выходящие на поверхность, могут быть и больших размеров. Причиной равномерной внутренней пористости является загрязненность свариваемого металла по кромкам, использование влажного флюса или отсыревших электродов. Наиболее вероятно появление пор при сварке алюминиевых и титановых сплавов. Шлаковые включения в металле сварного шва – это малые объемы, заполненные неметаллическими веществами, чаще всего оксидами и шлаками. Шлаковые включения условно делят на макроскопические и микроскопические. Они могут быть различной формы: круглые, шарообразные, плоские виде пленки или продолговатые виде вытянутых «хвостов». По сравнению спорами, шлаковые включения имеют большие размеры, поэтому они лучше обнаруживаются при ультразвуковом и магнитном методах контроля. Оксидные пленки могут возникать при всех видах сварки, причины их образования такие же, что и образование шлаковых включений. Непровары и несплавления– это дефекты, возникающие в сварном соединении вследствие неполного расплавления кромок или поверхностей ранее выполненных валиков многослойного шва. Непровары и несплавления хорошо обнаруживаются при ультразвуковом контроле. Трещины – частичное местное разрушение сварного соединения виде разрыва, они относятся к наиболее опасным дефектам и по всем действующим нормам недопустимы. Различают трещины горячие и холодные, имеющие разную физическую природу образования и разные размеры и поэтомупо-разному отражают ультразвуковые колебания и по-разному выявляются при контроле. Основные дефекты сварных соединений, выполненных точечной контактной сваркой, также подразделяются на наружные и внутренние. К наружным дефектам относят наружные трещины; прожог; наружный выплеск; вырыв точек; выход на поверхность литой структуры; 8 разрыв металла у кромки соединения; поверхностное нарушение сплошности металла; темную поверхность сварных точек; чрезмерную вмятину и неправильную форму вмятины от электрода. Внутренними дефектами являются непровар; внутренние трещины, поры и раковины; внутренний выплеск металла; несимметричное расположение ядра сварной точки; чрезмерное проплавление. Основным дефектом контактной стыковой сварки сопротивлением или оплавлением является слипание, при котором между свариваемыми деталями осуществляется механический контакт, но не происходит взаимодействие между атомами кристаллической структуры. Такой дефект довольно часто встречается при сварке давлением, трением и сварке взрывом. Обнаружить слипание физическими методами контроля сложно, для предупреждения появления подобного дефекта необходимо тщательно отслеживать соблюдение установленных параметров сварки: ток, напряжение, давление, время выдержки и скорость осадки. Контроль изделий производят пооперационно или после окончания изготовления. Последний способ обычно имеет место при изготовлении несложных изделий. Качество выполнения сварки на готовом изделии оценивают по наличию наружных или внутренних дефектов. Наружные дефекты контролируют внешним осмотром невооруженным глазом или с помощью луп и других устройств. В некоторых случаях для обнаружения мельчайших поверхностных дефектов используют метод проникающих красок и другие методы дефектоскопии. Сварные швы просматривают до и после очистки. При внешнем осмотре широко используют эталоны, т.е. узлы, швы которых соответствуют требованиям технических условий. Для контроля размеров швов применяют специальные и универсальные шаблоны. Для обнаружения внутренних дефектов – различные методы дефектоскопии, пневмо- и гидроиспытания, механические, статические и динамические испытания.[4] 3. Методы неразрушающего контроля В основу классификации методов неразрушающего контроля положены физические процессы взаимодействия излучения с объектом контроля. По физическим явлениям, на которых эти методы основаны, выделяют девять видов контроля: магнитный, электрический, вихре-токовый, радиоволновой, тепловой, визуально-оптический, радиационный, акустический и проникающими веществами (капиллярный). Рассмотрим более подробно несколько методов НК. Магнитный метод контроля основан на регистрации магнитных полей рассеяния, возникающих над дефектами, или на определении магнитных свойств контролируемых изделий. Его применяют для контроля объектов, выполненных из ферромагнитных материалов. При этом методе во всех случаях используют намагничивающие объекты и измеряют параметры, используемые при контроле магнитными методами. В зависимости от магнитных свойств материала (коэрцитивной силы, магнитной проницаемости, остаточной индукции), формы и размеров контролируемого изделия применяют два способа намагничивания: – способ приложенного магнитного поля; – способ остаточной намагниченности. 11 Информацию о магнитной проницаемости и ее изменении взависимости от напряженности магнитного поля получают с помощью катушки индуктивности (индуктивный метод). Для индуцирования полей рассеяния на дефектах и измерения магнитных характеристик материалов также используют датчики типа феррозондов (феррозондовый метод), преобразователи Холла, магниторезисторы. Часто для регистрации полей рассеяния над дефектом применяют магнитные порошки или магнитные суспензии (магнитопорошковый метод). 4. Выбор метода неразрушающего контроля Литература: Ивасев С.С. Методы неразрушающего контроля: Учеб.пособие / С.С.Ивасев, А.В.Гирн, Д.В.Раводина: Сиб.гос.аэрокосми.ун-т.- Красноярск, 2015. Толмачев И.И. Магнитные методы контроля и диагностики: учебное пособие.-Томск: Изд-во ТПУ, 2008. chrome-extension://mhjfbmdgcfjbbpaeojofohoefgiehjai/index.html Калиниченко Н.П., Васильева М.А. Атлас дефектов сварных соединений и основного металла: учебное пособие. – Томск: Издательство ТПУ, 2006 chrome-extension://mhjfbmdgcfjbbpaeojofohoefgiehjai/index.html Андрюшкин, А.Ю. Производство сварных конструкций в ракетнокосмической технике: учебное пособие /А.Ю. Андрюшкин, О.О. Галинская, А.Б. Сигаев; Балт. гос. техн. ун-т. – СПб., 2015. – 104 с. Науменко, А. П. Введение в техническую диагностику и неразрушающий контроль : учебное пособие / А. П. Науменко. |