Магнитный, звуковой и другие способы контроля сварных соединений

Категория:
Сварка металлов


Магнитный, звуковой и другие способы контроля сварных соединений

Способы магнитного контроля сварных изделий. Из различных способов магнитного контроля для сварных изделий некоторое применение нашли метод магнитных порошков и индукционный метод. Если намагнитить изделие (рис. 1) и на пути потока расположить дефектный участок с пониженной магнитной проницаемостью, то он вызовет местное искажение потока рассеяния у поверхности металла. Местный поток рассеяния создаст у краев дефекта местные магнитные полюса, северный — у выхода силовых линий из металла в воздухе и южный — у входа линий из воздуха в металл.

Рис. 1. Распределение магнитного потока в изделии: а — сварной шов без дефектов; б — трещина в сварном шве

Магнитные полюсы могут быть обнаружены, например, по притяжению мелких ферромагнитных частиц. Если взять тонкий порошок ферромагнитного материала, например железа или магнитных окислов железа, и насыпать его на поверхность изделия, то распределение порошка будет неравномерным, — у дефектов (рис. 2) образуется местное скопление. В качестве порошка обычно применяются магнитные окислы железа. Из различных окислов железа наиболее магнитна закись-окись Fe304.

Порошки для магнитного контроля получают нагреванием слабомагнитной окиси железа Fe203 в восстановительной атмосфере; по мере отнятия кислорода цвет окиси становится все более темным, переходя от темно-красного к черному, а магнитные свойства усиливаются. В зависимости от степени восстановления можно получить порошки с различными свойствами. В качестве исходного материала для магнитных порошков часто используют крокус — очень тонкий порошок окиси железа, применяемый для полирования металлов. В настоящее время на заводах чаще всего применяют простой и дешевый в изготовлении магнитный порошок, предложенный С. Т. Назаровым. Порошок представляет собой тонкоразмолотую в шаровой мельнице железную окалину, возникающую на поверхности стали при горячей обработке.

Рис. 2. Скопления магнитного порошка

Для улучшения подвижности частиц часто применяют суспензию из магнитного порошка, взболтанного в легком минеральном масле или керосине; соответственно различают сухой и мокрый методы контроля магнитными порошками.

Изделия можно намагничивать электромагнитами или, что проще и удобнее, путем обмотки изделия гибким проводом, по которому пропускается электрический ток, преимущественно постоянный. Практически таким путем можно намагничивать изделие любых размеров, например паровой котел, станину крупной машины и т. д. Опыт показывает, что для магнитного контроля обмотка в 1000 ампер-витков достаточна для намагничивания изделия любого размера. При питании обмотки постоянным током от сварочного генератора силой 200 а для намагничивания изделия любых размеров достаточна обмотка из пяти витков провода. Методом контроля магнитными порошками могут быть выявлены мелкие трещины, плохо выявляемые внешним осмотром без магнитного порошка, в особенности трещины в зоне влияния на сталях, чувствительных к термообработке. Могут быть выявлены также внутренние дефекты, лежащие у поверхности. Дефекты, лежащие на глубине более 5—6 мм, методом магнитных порошков, как правило, не выявляются.

При дуговой сварке изделия намагничиваются сварочным током и сохраняют часто достаточно сильное остаточное намагничивание, пригодное для контроля магнитными порошками. Налет на поверхности изделия, образующийся при дуговой сварке, состоит из мельчайших частиц окислов железа, обладающих достаточными магнитными свойствами для контроля. Часто можно наблюдать, что налет скопляется у трещин и других дефектов, делая их более заметными. Поэтому изделия, изготовленные из сталей, склонных к образованию трещин, рекомендуется просматривать по окончании дуговой сварки, до очистки швов и удаления налета, образованного сваркой.

Рис. 3. Принципиальная схема дефектоскопа

Рис. 4. Вихревые токи в металле

Из электромагнитных приборов индукционного типа для контроля сварных швов в Советском Союзе известен и находит некоторое промышленное применение электромагнитный дефектоскоп системы К. К. Хренова и С. Т. Назарова (рис. 3). На контролируемое изделие устанавливают электромагнит переменного тока, создающий переменный магнитный поток в металле изделия. Этот поток вызывает в металле изделия (рис. 4) систему переменных вихревых токов, которые, в свою очередь, создают переменные потоки рассеяния у поверхности изделия. При однородном сплошном металле, без включений и дефектов, плотность вихревых токов и потоков рассеяния плавно уменьшается по мере удаления от намагничивающего электромагнита. Наличие дефекта вызывает местное искажение распределения вихревых токов и потоков рассеяния. Распределение потоков рассеяния у поверхности изделия исследуется искателем, представляющим собой небольшую индукционную катушку с железным сердечником, закрытую толстостенным экраном из меди или алюминия, образующим корпус искателя (рис. 5).

Созданная в катушке искателя потоками рассеяния э. д. с. подается на вход лампового усилителя, а оттуда на индикатор, которым может служить телефонная трубка, гальванометр или электронная лампа (магический глаз). При отсутствии дефектов перемещение искателя вызывает плавное изменение показаний индикатора. Дефект обнаруживается резким, скачкообразным изменением показаний индикатора, — в телефоне слышится щелчок, на гальванометре происходит отброс стрелки, на лампе появляется сомкнутый темный сектор. Таким способом могут быть выявлены не только поверхностные дефекты, но и дефекты на довольно значительной глубине (до 20—25 мм).

Общим для всех магнитных приборов .недостатком является отсутствие однозначной связи между показаниями прибора и размерами и степенью опасности дефекта. Прибор измеряет не дефект, а искажение магнитного поля, вызванное дефектом. Искажение магнитного поля, вызываемое дефектом, зависит не только от размеров дефекта, но и от его положения и очертаний. Вытянутый дефект, расположенный поперек потока, вызывает большее искажение, чем тот же дефект при расположении вдоль потока. При намагничивании изделия магнитный поток следует располагать по возможности перпендикулярно наибольшему размеру предполагаемых дефектов. Дефект с округленными очертаниями дает меньшее искажение, чем дефект с острыми краями. Особенно хорошо выявляются непровары и трещины. Искажение поля быстро ослабевает с увеличением глубины залегания дефекта. Поэтому электромагнитный дефектоскоп пригоден лишь для качественного обнаружения дефектов, без их количественной оценки.

На заводах дефектоскопы, применяют например, для предварительного выявления мест сварного шва, подлежащих рент-генографированию. Контролер обследует сварные швы дефектоскопом со скоростью 25—30 м/ч, отмечая мелом места, где дефектоскоп указал на наличие дефектов. С отмеченных мест снимают рентгенограммы для установления точного характера и размера дефектов. Дефектоскоп принципиально пригоден для контроля и немагнитных металлов, так как в них может быть создана система вихревых токов электромагнитом переменного тока.

Рис. 5. Искатель дефектоскопа: 1 — корпус-экран искателя; г — железный сердечник; 3 — искательная катушка

В настоящее время в индукционный способ внесены улучшения: намагничивающий электромагнит питается от лампового генератора, могущего давать переменный ток разной частоты; для каждого случая контроля подбирается частота, дающая лучшие результаты.

Звуковой, или акустический контроль сварки. Звуковые колебания, возникающие, например, при легком ударе по металлу, изменяются и нарушаются при наличии дефектов в металле. Поэтому принципиально возможно выявление дефектов в сварных швах по звуку, возникающему при нанесении легкого удара ио металлу. Для улучшения слышимости может применяться стетоскоп, аналогичный медицинскому. Звук, воспринимаемый микрофоном, можно также выслушивать по телефону или репродуктору, соединенному с микрофоном через ламповый усилитель. Пока звуковой, или акустический метод контроля сварных швов мало разработан и редко применяется на практике.

На велосипедных заводах применяется звуковой метод контроля качества сварки обода велосипедного колеса. Сваренный обод вешают на деревянный колышек, и по ободу наносят легкий удар деревянной палочкой. Дефекты сварки выявляются по глухому тону звука, — качественная сварка характеризуется чистым звуком высокого тона.

Значительное промышленное использование для контроля сварки получил ультразвук. Контроль сварных изделий ультразвуком затрудняется малыми размерами дефектов сварных швов; однако и в этой области достигнуты практические результаты и созданы аппараты, пригодные для промышленного применения; в них используется ультразвук с частотой 1—5 мгц. Контроль ультразвуком основан на малой проницаемости для ультразвука неметаллических включений по сравнению со сплошным металлом и отражении ультразвука от поверхности раздела разнородных сред.

Ультразвук создается пьезоэлектрическим генератором, в котором источником механических колебаний служит кварцевая пластина, меняющая размеры, т. е. сжимающаяся при наложении электрического поля. Подавая на излучающую кварцевую пластину переменный ток высокой частоты, можно вызвать в ней механические колебания той же частоты. Полученные колебания направляются в сварной шов, доходят до противоположной стороны металла и отражаются от его поверхности назад в глубь металла. Если ультразвуковой луч встретит на своем пути неметаллическое включение, то он отразится и пойдет назад. Отраженный луч улавливается искателем — приемным кварцем, по устройству аналогичным излучающему кварцу, но действующим в обратном направлении. В искателе ультразвук преобразуется в электрическую энергию. Ток от искателя после соответствующего преобразования и усиления подается на электроннолучевую трубку и дает сигнал на светящемся экране, по которому можно установить наличие и приблизительное местоположение дефекта.

Современные ультразвуковые установки работают по принципу радиолокации: основное излучение подается короткими импульсами основного излучения. В настоящее время ультразвуковые дефектоскопы быстро совершенствуются и ультразвуковой метод контроля сварных соединений занимает одно из первых мест по удобству и надежности контроля.

Из других методов заслуживает упоминания люминесцентный метод контроля, применяющийся, например, для выявления тонких поверхностных трещин. Изделие погружают в смесь минерального масла с керосином, затем высушивают древесными опилками и посыпают тонким порошком окиси магния. Избыток окиси магния удаляют, и она остается лишь в тонких трещинах, впитавших минеральное масло. После этого изделие освещают ультрафиолетовыми лучами от кварцевой лампы через светофильтр, поглощающий видимые световые лучи. При этом окись магния, пропитанная минеральным маслом, флюоресцирует ярким желто-зеленым цветом. Трещины на поверхности изделия, находящегося в затемненной камере, выявляются в виде ярко светящихся зигзагообразных линий.

При тепловом методе контроля одну сторону изделия нагревают, а на другую сторону наносят краску, меняющую цвет при нагревании (термокраску). Дефекты, расположенные на пути теплового потока, замедляют его распространение и нарушают равномерность его распределения. Наблюдая за изменениями цвета слоя термокраски, в некоторых случаях можно выявить включения и расслоения в металле и т. п. Этот метод контроля находится еще в стадии лабораторных исследований.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум