автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Развитие теории, создание способов, средств и технологии магнитографического контроля сварных соединений

С; - ^ ■:• .у Х-

НАУЧНО-ПРОИЗВОДСГБЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ПО ТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ "ЩИИТМАШ"

На правах рукописи

ШАРОВА Александра Михайловна

УДК 620.Г79.14

РАЗБИТИЕ ТЕОШИ, СОЗДАНИЕ СПОСОБОВ, СРЕДСТВ И ТЕХНОЛОГИИ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность 06.02.11 - Методы контроля и диагностика

в машиностроении

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1991

Работа выполнена в Ыогилевском машиностроительном институте.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Покровский А.Д. доктор технических наук Састрицкий B.C. доктор технических наук ¡фжицкий В.в.

Ведущее предприятие - Институт физики металлов

Уральского отделения АН СССР.

Защита состоится ■V? - 0 / _1992 года в 14 часов

на заседании специализированного Совета Д 145.03.04 при Научно-производственном объединении по технологии машиностроения "ЦКИИТЖ1Г по адресу: 109083, г.Москва, Ж-88, Шарикоподдошников-скся.ул., д.4.

Телефон для справок: 275-85-33

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЩЖГМАШ.

Афтореферат разослан _1991 года.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук

С.В.ШАШОВ

3

ВВ5ДЕШЕ

Актуальность работы Современное состояние промышленности в СССР требует всемерного повышения качества выпускаемой продукции, повышения ее надегности и работоспособности.

В решении этих задач важную роль играют методы и средства неразрушающего контроля (НК). Их развитие относится к числу важнейших направлений научно-технического прогресса. Особое место среди объектов НК занимает сварные конструкции, которые выполняются из различных металлов и сплавов посредством соединений различного типа (стыковые, угловые, тавровые, нахлесточные) и различных видов и способов сварки. Несмотря на большое разнообразие методов НК, для сварных соединений наиболее широко применяются радиационные и акустические.

В то же время известно, что магнитные методы характеризуются высокой.чувствительность!) к дефектам палого раскрытия и яв-' ляются по сравнению с радиационными и в некоторых случаях с акустическими ресурсосберегающий. Это в полной мере относится к магнитографическому методу. Тем не менее объем применения магнитографии для контроля сварных соединений невысок и ограничивается только стыковыми швами в соединениях, выполненных сваркой плавлением из незакаливающихся сталей (имеются в виду стали, незакаливаюлдееся в результате воздействия термического цикла сварки). Для контроля угловых, тавровых и нахлесточных. соединений, выполненных сваркой плавлением и давлением, магнитографический, как и другие магнитные методы, в настоящее время не применяется*

Объясняется это целым рядом причин, связанных в основном, с особенностями сварных соединений, которые затрудняют выявление дефектов сплошности: наличие усиления сварного шва, неодно-родностей химического состава и структуры, неравномерного распределения остаточных сварочных напрлаений, изменения текстуры металла в различных зонах сварного соединения. Указанные особенности по разному влияют на возможности магнитографического метода в зависимости от типе сварного соединения, вида к способа сварки, класса сталей и конструктивных особенностей реального изделия.

Учитывая, что на сварные конструкции расходуется свыше

50л металла, выпускаемого в нашей стране, повышенна качества и экономичности сварных конструкций за счет расширения применения магнитографического контроля является ваяноЯ народно-хозяйственной задачей.

Решение этой ванной народно-хозяйственной задачи невозыоа-но без исследования научной проблемы установления зависимостей мегду распредэлением ыагнитостатических полей в зона сварных соединений и способами, средствами и технологией магнитографического контроля (МГК).

Целью работы является создание способов, средств и технологии МГК сварных соединений с учетом их особенностей.

Для достидения поставленной цели необходимо решить ряд задач:

1) обобщить и развить теорию формирования ыагнитостатических полей б зоне качественного сварного соединения и соединения с дефектом с учетом формы усиления шва и соединения, неоднород- " ностей химического состава и структуры, напряженного состояния

и текстуры;

2) разработать способы повышения помехоустойчивости и чувствительности магнитографического метода контроля соединений, выполненных сваркой плавлением и давлением;

3) разработать способы определения параметров дефектов и зазоров в монолитных и многослойных конструкциях;

4) разработать способы выявления дефектов типа слипание в соединениях, выполненных сваркой давлением;

5) разработать принципы проектирования намагничивающих устройств (НУ) и контрольных образцов, а такш технологии МГК с учетом особенностей сварных соединений и объектов контроля.

Работа выполнена согласно Координационному плану ГКНТ СИ СССР по сварочной науке и технике, в который на 1974-1985 годы были вклочены исследования метода, разработки методики и средств МГК сварных стыковых соединений, № гос.регистрации (ГР) ,730415533; электрозаклепочнии соединений, №> ГР 73054709; сварных соединений многослойных труб, ГР 780220068; дисков, оребренных труб и груб диаметром 150-600 мм, №ГР 79034379; трубных заготовок, выполненных сваркой трением, И? 01.82.0065434; дефектов типа "слипание" в точечных соединениях, выполненных контактной сваркой, № ГР 81007426; протяженных сварных швов резервуаров, № ГР 01.86.9112174.

Часть работ С £ ГР 79034379, 01.82.0065434, 81007426), а тягле работы "Исследовать, разработать .и Енедритв магнитографический метод контроля сварных соединений труб 0 10-200 ыы. с переменный сечением стенки" fí ГР 01.87.0060429, "Исследовать и разработать магнитографический метод контроля сварных соединений труб из за» каливашцихся сталей с метрологическим обеспечением средств не-разрушающего контроля" включены в медвузовскуп целевую комплексную программу на I98I-I99I годи "Разработка и применение методов и средств неразрушающего контроля качества промышленных изделий".

Методы исследований Основные задачи работы решались теоретически« и экспериментальным способами с осциллографировснием про« цесса НТК и представлением топографий ыагнитостатичэсхих полей но двухксординатном графопостроителе Н-305.

Эксперименты проводились на образцах из низкоуглеродистнх, среднеуглеродистых и низколегированных сталей. Толщина обрасцов, выполненных сваркой плавлением: 2-24 мы; точечной сваркой: от I + I юл до 2,5 + 5 ш. Для измерения магнитных полей исполлвова-ли узкие полоски патентной ленты, наззвшша впоследствии локальными ленточными ывгнитоносителяын (ЛЛН), ферроэокд-градкантсуетр (0 0.1 мы, дайна I мм); датчик Холла (прибор ÜJ-43IX), кэмеритоль напряженности магнитного поля конструкции МЫ УрО Ж СССР 5г.Сверд-ловск). Применяли магнитные ленты И-4701, В-3806; дефектоскопы ЦД-IIT, ВДУ-2У. ЦМГД, фяюксметр S-I8 и универсальный цифровой прибор ф—5050; осциллограф CB-I3. При аналитическом расчете вдгнито» статических полей использовали ЭВН EC-I022 и " Искра".

Научная новизна работы заключается в развитии теоргш п совершенствовании методологии НТК, позволившим обосновать логическую связь между распределением ыагнитостатическмх полей в зоне сваршх соединений и созданием новых способов, средств к технологии lint» учитывающих особенности этих соединений.

Научная новизна формулируется следующими положениями.

Применительно к швам, выполненным сваркой плавлением из любых ферромагнитных сталей показано, что преобладающее влияние на распределение результирующего ыагнитостатичаского поля M-tní?/ оказывает усиление сварного шва и создание способов, средств к технологии НТК долено строиться с учетом этой особенности сваркьк соединений.

Наличие остаточных напряжений не изменяем фориы хривой Нгг/(YJ в зоне усиления сварного вва. Тангенциальная составлявшая поля

усиления сварного шва • /Aj0 (х) направлена противоположно тангенциальной составляющей намагничивающего поля Н-^о • что обусловливает размагничивающее действие усиления сварного шва и в результате - снижение чувствительности МГК; наиболее реальный путь повышения чувствительности UTK сварных соединений заключается в снижении / Иге, / за счет введения дополнительного магнитного потока Ф непосредственно в усиление, ддл чего предложен ряд способов и устройств.

Для повышения помехоустойчивости магнитографического метода предложен способ, заключающийся в совместном считывании записи с двух магнитных лент, полученных с эталонного качественного образца и контролируемого объекта (КО} при намагничивании их постоянным магнитным полем одинаковой напряженности и различного направления.

На основе противоположности векторов Н^о н поля дефекта Hxd предложен новый способ определения наличия дефекта при Щ{ по снижению амплитуды сигнала от краев усиления шва.

2. Применительно к соединениям, выполненным сваркой плавлением и давлением из закаливающихся сталей показано, что неоднородность ьшгнитостатических полей обусловлена неоднородностью структуры металла в ЗТВ и приводит к появлении помех при МГК в зависимости от высокого отпуска, проводимого после сварки.

Для изделий, не подвергаемых высокому отпуску, следует применять способы отстройки полей дефектов от помех, заключающиеся в МГК по остаточной намагниченности, либо в приложенном поле на режимах, соответствующих нелинейным участкам магнитной характеристики ленты.

Высокая производительность и чувствительность к трещинам малого раскрытия (3 мкм и вше) в изделиях, подвергаемых высокому отпуску, обеспечивается при ЫГК в приложенном поле и применении предложенного спороба расширения магнитного отпечатка поля дефекта на ленте. Г:'

3. Применительно к соединениям, выполненным сваркой давлением показана, что различная текстура металла в литом ядра и слипании в точечных сварных соединениях из одинаковых по химсоставу сталей обусловливает отличив их магнитных характеристик в области слабых полей и является основанием для разработке способа магнитного контроля точечных сварных соединений: при намагничивании соединений параллельно поверхности высота литого ядра определяется по экстремальным значениям нормальной Цп и тангенциальной Ит

составлявших ыагнитостатического поля, резкое снижение которых свидетельствует о наличии слипания; диаметр литого ядра определяется по параметру (расстояние между максимууами Нр )•

Высокая достоверности контроля точечных ссарных соединения обеспечивается за счет предложенного способа, заключающегося в размагничивании изделия после сварки, последующего намагничивания в области слабых полей и считывания ///» феррозондом-градиспто-

метрои.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в создании научного обеспечения способов, средств и технологии ЫГХ, позволяющих повысить чувствительность и помехоустойчивость метода, создать возможности дефектометрии и эталонирования при контроле сварных соединений.

На этой основе:

1) разработаны способы и методики измерения тангенциальной

и нормальной составляющих магнитостатического поля на криволинейной поверхности шва посредством ЛЛ1£ и показано, что первым этапом при разработке НУ и технологии Ш{ является исследование Нхп (*) и Ипп (*) на реальном изделии;

2) разработаны способы и средства повышения чувствительности МГК до Ъ% от толщины контролируемого металла в стыковых соединениях, выполненных автоматической сваркой под флюсом и для толщин 6-20 мм определены параметры швов, при которых надежно выявляются непровары в корне шва величиной Ъ%\

3) впервые созданы способы отстройки от помех, обусловленных чешуйчатостью сварного ава, не снижающие чувствительности ЫГК;

4) даны практические рекомендации по способам контроля, выбору оптимальных режимов намагничивания и построению НУ, обеспечивающих помехоустойчивость МГК и высокую чувствительность метода к трещинам в 31В сварных соединений закаливающихся сталей в зависимости от проведения высокого отпуска после сварки;

5) разработаны способы определения параметров усиления ивар-ного шва и дефекта, величины расслоения (зазора) в многослойной конструкции, толщины металла магнитографическим методом;

6) впервые в практике магнитного контроля разработан способ, технология и НУ для выявления слипания в точечных сварных соединениях;

7) для метрологического обеспечения НТК сварных соединений разработан ряд универсальных контрольных (стандартных) образцов,

учитывающих толщину металла, параметры и форму усиления сварного сша, параметры дефектов и параметры литого ядра точки;

8) впервые обоснована возможность и созданы способы и средства эталонирования UTK сварных соединений;

9) предложены новые принципы конструирования НУ и создания технологии ЫГК;

Практически все созданные способы контроля и эталонирования, устройства н контрольные образцы защищены авторскими свидетельствами (33 а.с. и 5 положительных решений по заявкам на изобретения). •■

С учетом особенностей сварных соединений и реальных конструкций разработаны технологии, НУ, контрольные образцы, которые внедрены на Саратовском заводе "Проммаш", Амурском машиностроительном заводе, йогилевском ПО ."Лифтмаш", предприятиях A-I233, Р-6578, Куйбышевском агрегатном ПО и др. с реальным экономическим эффектом свыше 500 тыс.руб.

В результате теоретических, экспериментальных и прикладных исследований решена вавная ддя народного хозяйства задача повышения качества и экономичности сварных конструкций за счет разработки и внедрения новых способов, средств и технологии магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений с учетом их особенностей.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Закономерности распределения магнитостатического поля на поверхности сварного соединения в зависимости от формы усиления сварного шва, координат расположения дефекта, неоднородностей химического состава л структуры, напряженного состояния и текстуры металла сварного соединения.

2. Способы, расширяющие информативность МГК за счет получения распределения Нхп и Hhn в зоне сварного соединения, измеренных посредством JU1U.

3. Новый принцип создания способов и устройств, обеспечивающих повышение однородности магнитостатического поля и чувствительности МГК сварных соединений с усилением.

4. Новый подход.к информативности МГК и основанный на этом способ определения наличия дефекта по изменению амплитуды сигнала от храев усиления шва.

5. Способы отстройки поля дефекта от полей, обусловленных чёшутойчатостьв, усияолиеы сварного шва, неоднородностью структуры ЗТВ сворных соединений закаливающихся сталей.

6. Способы определения: параметров дефектов, усиления сварного шва, величины зазора в многослойных сварных конструкциях, толщины металла магнитографическим методом.

7. Способы контроля точечных соединений, выполненных контактной и дуговой сваркой, обеспечивающие выявление слипаний и определение параметров литого ядра точки и диаметра электрозап-

л8шсн.

8. Новые принципы построения НУ, заключающиеся в учете параметров усиления сварного шва н габаритов изделия, а такае ряд устройств для намагничивания кольцевых н продольных швов.

9. Универсальные контрольные (стандартные) образцы для метрологического обеспечения магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений.

10. Способы эталонирования НТК сварных соединений.

11. Принципы разработки технологии НТК сварных соединггскй с учетом их особенностей.

Апробация работы. Основные научные полоазния и рззулгтаты работы долоезны и обсуддены на 1Х-ХЦ Всесоюзных научно-тсхни» ческих конференциях по норазрушающим физический методам и средствам контроля (Минск - 1981, Львов - 1984, Москва - 1987, Свердловск - 1990), Всесоюзных ыеявузовских конференциях по электромагнитному контролю (Рига - 1975, Омск - 1983), Белорусских республиканских конференциях по ПК (Кинск: 1973-1978), Республиканских научно-технических конференциях по сварка (Могилев: 1972-1991), Уральских региональных конференциях "Современные метода нгразру-шающего контроля и их метрологическое обеспечение" (Свердловск, Иневск, Устинов: 1981-1990), Ресцубликансхих лцучно-техннческих . конференциях н семинарах по НК, проводимых в Риге, Куйбышеве в 1975-1990 годах; на международной конферанции "Сварные конструкции" (Киев, 1990 г.).

Диссертац!Го.1ная работа долокена и обсулдена на научных семинарах кафедр "физические методы контроля", "Оборудование и технология сварочного производства" Ногилевского машиностроительного института, отдела НК института Электросварки им.Е.ОЛатона ХН УССР, кафедры электротехники и интроскопии ШИ, кафедры сварки

\

МЕТУ им.Н.Баумана, заседаниях Научного Совета по проблеме "Электромагнитные методы измерений и неповреядаюцего контроля материалов и изделия" ИФМ УрО АН СССР, Научного Совета отдела неразрушающих методов исследований металлов НПО "ЦКИИТМАШ".

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 70-и научных работах, в том числе 33-х авторских свидетельствах и 5-и положительных решениях на изобретения, двух монографиях, 23-х статьях а центральных журналах, 7-и тезисах докладов на различных конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 8-ми глав, заключения, библиографии (358 наименований) и приложений.

Текстовая часть диссертации изложена на 309, графическая -на 99 , приложения - на 40 страницах.

Содержание работы.

В первом разделе. представляющем собой литературный обзор, рассмотрены особенности соединений, выполненных различными способами сварки, проанализированы результаты теоретических и зкспери-ментал-ныс исследований ыагнитостатических полей дефектов и не-разрушающих методов контроля сварных соединений, сформулированы цель и задачи исследований.

При анализе работ, выполненных Патоном Б.Е., Николаевым Г.А., Акуловым А.И., Винокуровым В.А., Куркиным С.А., Грабиным В.Ф., 'Стекловьш О.И., Стеренбогеном В.Ф., Труфяковым В.И., Орловым Б.Д., Сагалевичем В.М. и др. показано, что особенности сварных соединений определяются видом и способом сварки, классом сталей, типом соединений и швов. Это позволило выделить такие особенности сварных соединений, которые оказывают наибслее существенное влияние на магнитные свойства сварных соединений и на возможность выявления в них дефектов сплошности магнитографическим методом: форма усиления сварного пза, соединения и конструкции; неоднородности химического состава, структуры и текстуры металла в различных зонах сварного соединения; наличие остаточных сварочных напряжений.

Магнитные методы контроля сварных соединений рассмотрены с позиций определения влияния перечисленных особенностей на чувствительность МГТС сварных швов из незакаливающихся сталей, на возможность выявления дефектов сплошности (трещин) в ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей и слипаний в точечных

соединениях, выполненных сваркой давлением. При этом показано, что в литературе нашли отражение, в основном, исследования влияния усиления сварного шва на вьгявляеыость в нем дефектов магнитными методами: сюда следует отнести работы Халилеева П.А., Акулова Н.С., Оалькезича A.C., Хусанова Ы.Х., Козлова B.C., Кахубы Л.А., Щербинина В.Е., Михайлова С.П., Шура Ю. и др., в которых показано отрицательное влияние усиления сварного шва на выявляеыоегь дефектов.

В работах автора определена причина такого влияния - размагничивающий характер Н^о* В связи с тем, что на магнитную ленту в процессе МГК действует суперпозиция приложенного поля , поля усиления И^о и поля дефекта H^d . одной из задач работы является теорртическое н экспериментальное исследование указанных полей и их суперпозиции с целью определения их оптимального соотношения, обеспечивающего надежное выявление дефектов в свару-ном соединении.

Для выбора путей решения данной задачи проанализированы работы Вонсовского С;3., Януса Р.И., Сапожникова A.B., Зацепина H.H., Щербинина В.Е., ¡Мужицкого В.О., йерстера Ф., Федосенко Ю.К., Новиковой И.А. и др. и показано, что наиболее приемлемой для расчета магнитостатических полей в зоне сварного соединения является модель ленточного диполя, исследованная Зацепиным H.H. и Щербининым В.Е. применительно к Поверхностным и внутренним дефектам.

Анализ исследований магнитного контроля изделий из закаливающихся сталей показал, что магнитные методы широко применяются для определения структуры, механических свойств, качества термообработки. На основе работ Михеева М.Н., Кузнецова И.А., Ершова P.E., Горкунова Э.С., Виды Г.С., Мильгуя H.A., Венгриновича В.Л., Ломаева Г.В., Морозовой В.М. и др. в СССР создано новое направление в магнитной дефектоскопии - тгнитоструктурный анализ, однако сварные соединения из закаливающихся сталей в работах данных авторов не изучались.

Трудности ьыявления дефектов в сварных соединениях закали- , веющихся сталей указаны в работах Кашубы Л.А., Щербинина.В.Е., Жолнеровича O.A., однако исследования по отстройке полей дефектов от полей, обусловленных неоднородностями структуры и химсостава сварных соединений в литературе отсутствуют.

Учитывая, что сварные соединения находятся под воздействием

остаточных сварочных напряжений, в разделе дан анализ фундаментальных (Вонсовский C.B., Еозорт Р., Акулов Н.С.) и прикладных (Гораздовский Т.Я., Орехов Г.Т., Новиков B.S., Нданов И.М., Батюк И.В., Горкунов Э.С., Кулеев В.Г., Правдин Л.С., ыугиц-кнй В.Ф. и др.) исследований влияния магнитоупругого эффекта (ИЗ) на кривую намагничивания ферромагнетиков и показано, что большинство прикладных работ посвящено разработке способов и устройств измерения механических напряжений на основе ИЗ, и только в работах Т.Я. Гораздовского показано, что наличие механических напряжений является мешающим фактором при выявлении дефектов сплошности электромагнитным методом.

В разделе дан анализ работ Троицкого В.А., Демидко В.Г., Деева Г.Й., Пацкевича И.Р., Прохоренко В.Ы., Макарова Э.Я., Земзина В.А., Германа С.И., Белокура И.П. и др. и показано, что наиболее опасным дефектом сварных соединений являются трещины и непровары, что и является предметом изучения данной работы.

Приведен анализ работ Орлова Б.Д., Казакова H.S., Фельдмана Л.С., Герасимова В.Г., Оастрицхого B.C., Радько В.П. и др. и показано, что для выявления наиболее опасного дефекта точечных сварных соединений - непровара а виде слипания и дефектов малого раскрытия в стыковых соединениях, выполненных сваркой давлением, магнитные методы не применялись. На основе изучения свойств точечных сварных соединений выдвинуто предположение о возможности разработки магнитного метода выявления слипаний при условии использования явления магнитное анизотропии, обусловленной различием текстуры металла литого ядра точки и слипания.

Таким образом, несмотря на многообразие особенностей сварных соединений при изучении их влияния на возможности выявления дефектов сплошности их следует разделить на следующие группы:

1) форма усиления шва, соединения и конструкции;

2) неоднородности химического состава и структуры;

3) неоднородность распределения остаточных напряжений;

4) неоднородность текстуры металла в различных зонах сварного соединения. .....,

Так как возможность выявления дефектов магнитными методами зависит от индукции В в контролируемом сечении, либо от величины тангенциальной составляющей результирующего магнитостати-

ческого поля на поверхности сварного соединения - Нщ (*) ' работа посвящена исслздованию (х) в зависимости от особен-

ностей сварных соединений и разработке способов и средств, обеспечивающих повышение однородности , а следовательно, повьшениэ чувствительности и помехоустойчивости НТК, чгго в конечном итоге доллио быть отражено в технологии и средствах ЫП{ сварных соединений.

Такой подход к изучению влияния особенностей сварных соединений на Нхп fxJ обусловил распределение материала по разделам: второй посвящен исследованию влияния формы усиления сварного шва, его химсостава и остаточных сварочных напряжений на в зоне усиления шва; третий - формированию поля дефекта в зависимости от координат его располоаения и разработке способов повышения помехоустойчивости ЫГК при выявлении дефектов в шве; четвертый - исследованию и разработке способов повешения чувствительности UTK к дефектам в металле шва стыкового, таврового и элект-розаклелочного соединений; пятый - исследованию и разработке способов и устройств UTK швов многослойных сварных конструкций; шестой - учету влияния неоднородное тей структуры ЗТВ при UTK сварных соединений закаливающихся сталей, выполненных сваркой плавлением и давлением; седьмой - учету влияния текстуры и химсостава сварного соединения на HnnCxJu Н-£П (к) в зоне точечного сварного соединения к созданию способов и средств выявления слипаний о точечных соединениях; восьмой - разработке НУ, контрольных (стандартных) образцов, способов эталонирования и технологии магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений с учетом их особенностей.

Второй раздел посвящен исследованию Но с учетом параметров и формы усиления сварного шва, неоднородностей химсостава и распределения остаточных сварочных напряжений.

В начале раздела описана обобщенная модель сварного соединения и показано, что при учете всех его особенностей результирующее (полное) магнитостатическое поле Нп состой^ из суперпозиции приложенного , поля усиления сварного шва И^ , поля дефекта fQ , полей химической Н/и и структурной Нем неоднородностей, а также полей, обусловленных наличием остаточных сварочных напряжений Нб и неоднородностью текстуры Нт :

Hn^iL^Vd +Нхн+Нсн +Не+Нт (zt)

Естественно, что расчет Цп с учетоы всех его составля-» ющих представляет собой довольно сложную задачу, и он может быть осуществлен только с целым рядом упрощающих допущений. Однако анализ свойств сварных соединений показывает, что их можно разделить на группы, в кавдой из которых количество составляющих в (I) будет гораздо меньше.

Так, при сварке низколегированной стали 09Г2С проволокой Св-08Г2С в COg химсостав металла шва и свариваемого металла практически идентичен, нет в таком соединении и неоднородностей структуры, т.к. сталь не закаливается; отсутствуют также отличия текстуры металла в различных зонах сварного соединения. Остатоя-ные напряжения имеют место в любом сварном соединении, однако посредством еысокого отпуска после сварки их можно резко уменьшить.

Таким образом, выражение (I) при отсутствии дефекта приобре-

""т _ н..ял

при котором На при известном будет зависеть от параметров

и формы шва, т.е. от На .

При сварке низколегированной закаливающейся стали 15Х1Ы1Ф подбором соответствующей проволоки также можно ¿обиться идентичности химсостава в сварном соединении и тогда Нп будет определяться, в основном, структурными неоднородностями в ЗТВ Иен •

В соединениях, выполненных контактной точечной сваркой из одинаковых неэакалнващихся_сталей, химсостав и структура, как__ правило, не отличаются и Нп будет зависеть, в основном, от Иг , так как литое ядро точки имеет текстуру, отличную от основного металла.

Таким образом, в соответствие с приведенными соображениями, теоретические исследования }ГП в зоне сварных соединений с учетом их особенностей, будем производить не более простых моделях.

В одной из статей, выполненных нами с аспирантом Новиковым В.А., был впервые представлен расчет Но . При этом усиление шва было аппроксимировано ломанной поверхностью, получающейся в результате деления высоты усиления С на П частей плоскостями, параллельными оси X . Данная моделв расчета IK* (Рис.1,а) нам казалась весьма удачной не только из-за простоты получения окончательных формул дляИ^о и Unot но и из-за того, что представление валика в виде нескольких ленточных диполей ( при большом /7-

линейных) с уменьшающейся к вершине шва базой диполя подтвера-» дало выдвинутое н»,и в кандидатской диссертации предположение о размагничивающем действии усиления сварного шва, увеличивающемся

с уменьшением его ширины (базы диполя). Однако к моменту завершения настоящей работы появились публикации Шура M.J1., Ваулина С.Л., Щербинина В.Б. по расчету И^о методами теории функций комплексного переменного. При этом результаты расчета и выводы этой работы практически полностью совпадают с нашими. Общим для указанных расчетных моделей является представление сварного соединения в виде полубесконечного ферромагнитного тела, намагничиваемого постоянным магнитным полем, направленным перпендикулярно плоскости симметрии шва. При этом магнитная проницаемость воздуха /ua=i , а магнитная проницаемость ферромагнетикаp^i.

При решении задачи с использованием модели линейного диполя получено:

где В - ширина;

С - высота усиления сварзого шва.

Расчет и Нпо проводили на ЭВМ ЕС 1022. Результаты для усиления В =25 мм, ¿Г ■ I и 2 км в вида Hzo^Hx<=>t представлены на рис.1,6: - тангенциальная составляющая при Х> i/¿, С= гм.а .

Расчеты показали, что Н^о на поверхности шва направлена противоположно Hto » что иобусловливает размагничивающее действие усиления; топография п?о(Х) на поверхности шва имеет вид 1J -образной кривой, минимум которой расположен в плоскости

Расчетная модель (а) и изменение тангенциальной составляющей поля усиления сварного шва (б)

а)

Рис.1.

симметрии шва. При Ц0=Соп& //Го увеличивается при увеличении ширины шва £ и уменьшении высоты усиления С , т.е. зависит от формы усиления шва, описываемой радиусом кривизны усиления, определяемого по формуле: р=&*/3с.

Экспериментальное исследование //рэМ и Нп<= ¿«г/производили Ча образцах из стали 09Г2С, выполненных автоматической сваркой в среде С02 моволокой Сь-08Г2С. После сварки образцы подвергай ли высокому отпуску для снятия остаточных сварочных напряжений. Измерение //го и И по производили посредством способов, предложенных нами, заключающихся в записи <Уг® и ¿V» на ЛЛМ, представляющим собой узкие полоски магнитной ленты И-4701.

При измерении Нго ИМ укладывается на поверхность усиле-

ния в требуемой координате, при измерении W^- устанавливается перпендикулярно поверхности усиления, размещается ЛЛМ при этом в пазах резиновой матрицы,которая копирует поверхность усиления сварного шва. Градуировали ЛЛЫ в однородном магнитном поле моленоида.

Нх<=> и Hfto определяли как разность между Итп и Hm7, измеренных, соответственно, на сварных образцах {Итп. и Нпп) и об-разцах-эталснах из пластилина, идентичных по размерам и форме сварным образцам ( Нто и Нпо )•

Результаты экспериментального исследования представлены на рис.1,б (кривые с точками).

Сравнение теоретических и экспериментальных кривых Hzo/n^i показывает их хорошее совпадение за исключении точек Х=€/г , где теоретические кривые претерпевают разрыв, а экспериментальные достигают макисмума.

Исследования влияния остаточных напряжений & на производили экспериментально: после сварки на образцах измеряли продольные G, и пЬперечные посредством прибора ИНИ-1Ц, основанном не МЭ и изготовленном на кафедре сварки Киевского политехнического института. На этих же образцах при различных значениях Н0 исследовали Hzn(x) • Затем образцы подвергали высокому отпуску для снятия остаточных б" и повторяли измерение Gjc и HtnftJ- Топографии Htn строили при Я0 = « 35^10^ А/м и 350.10^ А/м. При этом получено, что при режимах, характерных для НТК сварных швов (Иа »35000-70000 А/м) начичие остаточных б" вызывает увеличение Нтп на &-I0j^npa М0 ■ ■ 35«10 А/м на 25-50*. При этом нижние пределы этих цифр относятся к металлу ива, верхние - к ЗТВ. Обусловлено это тел, что швы, выполненные из незакаливающихся сталей небольших толщин (работы Николаева Г.А., Куркина С.А., Винокурова В.А. и др.) находятся под воздействием растягивающих б* , что приводит для ферромагнетиков с положительной магнитострикацией ) к увеличению намагниченности Ы (работы С.В.Вонсовского, Р.Бозорта, Н.С.Акулова и др.). При этом увеличение/7 тем больше, чем меньше Но .

В зависимости от На , & , химсостава металла, способа намагничивания, очередности наложения М> и б" , наличия дислокаций изменяется величина Л П , переход ее через 0 (течка Виллари) и изменение знака.

Однако, учитывая что сварные соединения из незакаливающих-ся (низкоуглеродистых и низколегированных) сталей, как правило, не подвергаются высокому отпуску, а MTX производится в области сильных полей, влияние 6 несущественно и не изменяет формы Н?п (%J . Исследование влияния неоднородностей химсостава металла сварного соединения на Н?р (X.) в зоне усиления шва f> - 20 мм, С =2 ш производили на сварных образцах из сталей 09Г2С, 15Х1ШФ, Ст.З и фрезерованном из стали Ст.З. Образцы после сварки подвергали высокому отпуску.

После исследования Нхп (X J на указанных образцах были удалены фрезерованием усиления сварных швов, после чего снова исследовали Htn(x) . Результаты исследований показали, что форма Нхп (х) для всех образцов одинакова, а значения Нтп при X =0 для сварных образцов (30—36)А/м, для 4резерован-ного - 4»102 А/м; при Х= &/£ , соответственно (175-210)»I02 А/м и 150«Ю2 А/м.

Различие Н-£п Щ>и (линия сплавления металла

шва с основным металлом) обусловлено тем, что линия сплавления является границей, разделяющей металл различного химсостава и структуры: за ней в ЗТВ расположен участок перегрева с крупнозернистой структурой, которая намагничивается более интенсивно. Эта закономерность наблюдается и после удаления усиления шва: для фрезерованного образца кривая Нтп (*■) превращается в прямую, параллельную оси X , для сварных - то же, за исключением координаты Х- 8/2. , где II0-I50-I02 А/м.

Проведенные исследования показали, что основным фактором,определяющим форцу кривой Нтп (х) в зоне усиления сварного шва является форма усиления сварного шва, описываемая радиусом кривизны ß .

На основании связи формы и параметров кривой Mtn (XJ с формой и параметрами усиления сварного шва предложены способы определения параметров и формы шва hj ферромагнитного и неферро-. магнитного материалов.

В разделе приведено исследование зависимостей сигналов, обусловленных краями ава при UTK сварных соединений от его параметров и показана возможность измерения параметров усиления сварного шва магнитографическим методом при отсутствии возможности использования обычного мерительного инструмента, например, измерение £ и С обратного валика внутри трубы малого диаметра.

В третьем разделе выполнен расчет tíTC¡ н Hnd на поверхности сварного ива п зависимости от глубнны расположения дефекта для случая, когда магнитные проницаемости дефекта и скрунаю-щзй среды JJ¡ -/->з = i , а магнитные прорицаемости веществ полупространства и шва одинаковы и JUz ^ 1 • Вектор напряженности приложенного поля И0 направлен перпендикулярно плоскости симметрии шва. В качестве исходных использовали формулы II.Н.Зацепин а и В.Е.Щербинина для поля цилиндрического дефекта в полубесконечном теле с плоской поверхностью, которые были преобразованы ншли • с учетом криволинейной поверхности ава. Для Hxd и Hud были получены следующие выражения: _____

где p - глубина залегания дефекта от поверхности усиления шва; ро - радиус кривизны усиления шва; Z - радиус дефекта. "Расчет Игd и Hnd производили на ЭВМ ЕС 1022 пр= -y^-Ií/fe =20; /¿= 600 A/cu; pQ = И, 13, 15, 16, 20, 30, 40 мм; Ру = 2-15 мы через I ни.

Исследование суперпозиции полей, действующих на ленту, показало, что при расположении дефекта в плоскости симметрии шва и небольшой глубине залегания дефект проявляется колоколообразным выступом на Uzn (Х-) я дает четкий двухполярный сигнал на экрана дефектоскопа; при увеличении глубины залегания этот выступ становится более плавным, что приводит к уменьшению двухполярно-го сигнала на сигналограмме; при дальнейшем увеличении глубины залегания дефекта выступ на Hzn Сх) исчезает, исчезает также и двухполярный сигнал на сигналограмме. Та не картина получается при уменьшении величин*! дефекта.

Анализ суперпозиции полей, действующих на ленту, а также противоположности направлений А/Гс> и суперпозиции М^ * + позволил предложить способ определения наличия дефек-

та по разнице сигналов, обусловленных краями шва Л* (при наличии дефекта Ли уменьшается).

При смещении дефекта с плоскости симметрии шва вплоть до границ усиления происходит улучшение выявляемости дефекта, т.к. в сечениях шва при X 4 0 высота усиления уменьшается, что приводит к уменьшению размагничивающего действия . При этом следует уменьшать Н„ . Исследования показали, что для выявления небольших дефектов, расположенных в плоскости симметрии шва, требуется //„ = 400-600 А/сы, для дефектов, смещенных с плоскости симметрии Н0 ° 50-110 А/см. .

Выявляемость дефектов в сварном шве традиционным методом зависит "от соотношения ]Н?о1'А суперпозиции ¡Н^о + НI ПРИ У^Го/^/^Го +Нъ11 - дефект не выявляется, при ///Гсэ/^

- дефект выявляется.

В разделе проведено исследование процесса расшифровки сигна-лограмм и показано, что при любых координатах расположения дефекта в шве дефект проявляется на сигналограмма в виде двухполярно-го сигнала, что облегчает его выявляемость. Ухудпение выявляемости происходит при наличии чешуйчахости, а также при наличии больших сигналов , обусловленных усилением шва, что характерно для швов с малым р .

В разделе описаны разработанные способы отстройки поля дефекта от помех, обусловленных чешуйчастостью и усилением сварного шва. Один из способов заключается в намагничивании изделия постоянным магнитным полем (основное намагничивание) и импульсным магнитным п<\лем (дополнительное), имеющем полярность, противоположную постоянному. При основном намагничивании образуются Нхс1 и /Угъ , при дополнительном - только Нъ=> . Поле Ито при импульсном намагничивании имеет противоположное направление, что • приводит к компенсации Нт<=> » образованного при основном намагничивании. Недостатком указанного способа является компенсация полей поверхностных дефектов. Указанного недостатка лишен способ, суть которого заключается в совместном считывании магнитной записи с двух лент, одна из которых получена с эталонного качественного образца, другая - с контролируемого изделия при на-

магничивании объектов постоянным магнитным полем одинаковой напряженности различного направления.

В четвертом разделе на основе анализа Ихп Скачественного шва и шва с дефектом показано, что основной причиной снижения чувствительности ЫГК сварных соединений является размагничивающий характер Нхо (х) , что приводит к резкому снижению Итп при X вО. При этом показано также, что для повышения чувствительности метода следует обеспечить введение дополнительного непосредственно в усиление сварного шва, для чего предложены устройство и ряд способов намагничивания.

Устройство представляет собой электромагнит постоянного тока с основным П-образным сердечником и дополнительным подковообразным, предназначенным для подмагничивания усиления сварного шва.

Один из способов заключается в подмагничивании усиления сварнсго шва полем искусственного дефекта, создаваемого пластинами со скосом кромок, устанавливаемыми со стороны, противоположной усилению сварного шва и размещению П-образного магнита.

Для обеспечения равномерного подмагничивания всего усиления шва предложен способ,заключающийся в перемещении пластин со скосом громок поперек шва в процессе его намагничивания.

Недостатком указанных способов является необходимость установки подмагничивающих пластин с обратной стороны шва, что не всегда возможно . Этот недостаток устранен в способе намагничивания, в котором поле подмагничивания создается за счет магнитных зарядов, возникающих на гранях двух пластин прямоугольного сечения, устанавливаемых со стороны усиления сварного шва под полюса электромагнита. В далнейшем эти пластины будем называть концентраторами магнитной индукции.

Исследование чувствительности МГТС производили при использовании традиционного и предлагаемых способов и устройства намагничивания.

Для исследования применяли образцы из стали Ст.З толщиной 3-20 мм. Дефект в'виде непровара получали фрезерованием канавок шириной 0.5 мм, глубиной 1-20% от толщины контролируемого метал* ла. После исследования чувствительности ЫГК на несварных образцах на них были направлены валики с параметрами: С «2,7-3,9 км; 6 - 15-35,2 мм; - 3,8-357-153 им. • ^ .

В качестве,магнитоносителей ярйиеияли иагнитЗыЗ ленты й-4701.^.^*

и B-3S06, считывание магнитной записи осуществляли на дефектоскопах МДУ-2У, МД-11Г и ЦИГД (. с цветной телевизионной индикацией).

Результаты исследований показали, что при традиционном способе намагничивания, использовании коэрцитивной ленты В-38С6 к режимов намагничивания, соответствующий линейному участку ее магнитной характеристики, обеспечиваетес высокая чувствительность МГК С2X3 от толщины) к дефектам внутренней поверхности несварных изделий толщиной 3-20 ми.

При контроле сварных образцов с усилением чувствительность UTK резко ухудшается: величина наименьшего выявляемого дефекта -

причем, выявляется он в швах с ß<>20n/-t , при этом амплитуда сигнала по сравнению с несваркыми образцами уменьшилась в 2— 5 раз, что ухудшает выявляемость дефектов.

При применении предлагаемых способов получено, что дефект Ъ% начинает выявляться в сварных соединениях толщиной 6=6 мм с £0 мм, 12 мм суЗ-г-15 мм, 16 мм с 20 мм, 20 мм с25 мм. На основании зависимостей построены области выяв-

ляемое™ дефекта Ь% для исследуемых толщин метачлэ. При этом получено, что для толщин 6-12 мы области выявляемое™ дефекта Ь% соот- ; ветствуют размерам ё и С , рекомендованным ГОСТ 6713-70 для , автоматической сварки под флюсом.

На рис.2 приведены указанные области для толщин металла 6 г Ca), 12 (б), 16 (в) и 20 (г) мм: I - дефект не выявляется; 2 -выявляется в зависимости от Р ; 3 - выявляется независимо от/* . Применение предложенных способов позволяет расширить область выявллемссти дефекта 5%, теперь это область 2+2/'.

Учитывая, что область в которой дефект не выявляется, достаточно велика, в разделе приведены исследования способа определения наличия дефекта по изменению амплитуд сигналов, обусловленных краями шва.

Результаты представоены в виде зависимостей величина дефекта в % от толщины. Получено, что зависимости: <

, лАк • £линейны, однако для дефектов 3-6^ - невелико • (2-Ö мВ) и эту разницу оператору заметить сложно. Этот процесс упрощается при использовании дефектоскопа ЦМГД: при появлении в шве дефекта происходит изменение насыщенности краенрго цвета полосок, соответствующих краям шва, либо полное изменение их цвета. Тем не менее, учитывая, что изменение при наличии дефекта

Области различней выявляемое™ дефекта 5« в соединениях толхина б (а), 12 10), 16 (в) и 20 (г) мм, выполненных автоматической сваркой под флсссы

в, мм

30

20

Ю

3 с МП

3 ^50 30

2 "1 ¿0

-

10

1

2 У ,£0

1 1 7 __ 2 у

\/ í

в)

о 1 г з с гщ

б)

ё,пп

3 > ^50 3 .50

30 зо

1 1 — 2 > ¿Г Г 1 -

20 1 20 и

у г 1

/ * ^ / / V

10 10

о в) 1

3 С,пп

г)

1

з с, пп

I - дс4)вкт не выявляется; 2 - дефект выявляется при определенных р (традиционный метод); 2 - дефект выявляется при определенных ^(предложенные методы); 3 - дефект выявляется независимо ст р.

Рис.2.

происходит всегда, следует считать перспективным использование этого информативного параметра при МГК сварных соединений, особенно при создании дефектоскопов с микропроцессорной обработкой сигналограмм.

В четвертом разделе приведены такзв исследования МГК тавровых и электрозаклепочных соединений и показано, что при использовании разработанных НУ, обеспечивающих повышение однородности

Итп (X) » в "металле шва обеспечивается возможность определения глубины проплавления тавровых сварных соединений и выявление дефектов 3-5% в электрозаклепочных.

В разделе приведен регрессионный анализ зависимостей й=/(л6) для несварных и сварных соединений, получены уравнения регрессии, рассчитаны коэффициенты корреляции 2. и среднеквадратические отклонения и , показывающие высокую тесноту связи между

исследуемыми параметрами ( 1 а 0,92-0,98) и достаточно высокую точность измерения амлитуды сигналов и величины дефектов.

В пятом разделе приведены исследования Щ{ сварных соединений многослойных конструкций с учетом их особенностей: больших габаритов, многослойности и наличия зазоров между слоями. Экспериментальное исследование процесса намагничивания производили на многослойном образце, представляющей собой матрицу размерами 1500x1500x24 мм, состоящую из шести листов толщиной каздый 4 мм из низколегированной стали 08Г2СЙ. В центре матрицы был вырезан сквозной проем 200x100 мм, в который вставляли наборный шести-слойный пакет. Два верхних слоя сварены внахлестку (имитация продольного нахлесточного шва многослойных труб 0 1420 мм и длиной обечайки 1700 мм), в одной из нинелеиащих сдоев располагали пластину с дефектом (отверстия 0 1-4 мм, канавки шириной 0,150,5 мм). Размещая пластину с,дефектом в различных слоях пакета, изменяли глубину его залегания. Об эффективности НУ судили по возможности обеспечения оптимального значения индукции , обеспечивающего выявление дефекта 5% (В »1,7- 1,6 Тл) и равномерности ее распределения по длине шва и по слоям образца.

Исследования показали, что применение серийного НУ (количество витков =600), специального СНУ (^ =1000) и СНУ с дополнительным подковообразным магнитопроводом обеспечивает при максимаЛвном токе в обмотках, соответственно, 1,2; 1,4 и 1,6 Тл. Распределение В по длине шва и по слоям неравномерно,

что обусловлено растекание» Ф по изделию. Для предотвращения растекания Ф сварниз швы на изделиях больших габаритов следует намагничивать системой электромагнитов, общая длина полисов которых равна длине шва. При этом обеспечивается выявление непро-варов и трещин 4% в четырех верхних по отношении к ленте слоях,

10% - в шести слоях. Выявляемость пор хуже: 0 I мм выявляется в едком верхнем слое, 0 2 мм - в двух, 0 3 мм - в трех, 0 4 км -в четырех.

Учитывая, что использование НУ, суммарная длина полюсов которых равна или больше длкны шва приемлемо только для швов малой длины, в разделе описано исследование распределения В , Мгл 11 амплитуды сигнала А , обусловленного дефектом, в шве длиной 2500 мм, направленном по оси симметрии образца 2500x2500x6 мы. Для намагничивания применяли подвигное НУ, для подмагничивания шва — концентраторы магнитной индукция, которые,крепили к полюсам НУ. Длина полюсов НУ - 240 мм. Измерения В , Ищ и ^ ПРИ изменении зазора Л •= 0-3 ioi меяду полюсами НУ и поверхностью образца производили через 40 мм в семи точках шва в пределах длины полисов и в двух точках за их пределами. Дефектами являлись еккозные отверстия 0 I т, выполненные в шве для измерения В .

Результаты исследований показывают, что без концентраторов магнитной индукции распределение В по длине шва крайне неоднородно: В а 1,8 Тл, только при А =0 в координате £> *0 (длина шва 240 мм), т.е. по оси симметрии электромагнита в одной точке. В сечениях шва, соответствующих краям полюсов - В »1,55 Тл. При Л >0 характер неоднородкосгей ß-f(<£) не изменяется, но величина В резхо подает. Изменение Нтп и происходит аналогично. Применение концентраторов магнитной индукции позволяет повысить значения В , //г/7 и ß и их однородность на длине шва b >160 мм, что составляет 2/3 полюсов. При перемещении НУ участок однородного намагничивания "перемещается" совместно с НУ, что обеспечивает однородность намагничивания всей протяженности шва, однако при этой возыоаны потери Ф на рассеяние из-за зазора медду полюсами НУ и поверхностью объекта контроля (0К).

В разделе описано предлояеннов НУ, обеспечивающее постоянство зазора за счет фиксации в нужном положении эксцентричных втулок, на которых закреплены холеса для перемещения НУ.

Для определения глубины залегания дефектов при МГК исследован способ, заключающийся в записи полей дефектов на две ленты, расположенные с двух сторон ОК, либо на разной высоте с одной стороны ОК. При этом отношение амплитуд сигналов,^ /Аг , обусловленных дефектом, не зависит от величины дефекта, а зависит только от глубины залегания.

В результате экспериментального исследования построены зависимости Д }Дг- £(€) , А-¿С**), где в -глубина залегания. Регрессионный анализ линейных зависимостей Д^-рСл*?) при различных £ показал высокую тесноту корреляционной связи ( 2 =0,9-0,97), небольшие значения средне-квадратических отклонений линий регрессии I ^,=0,194-0,47).

Зависимость = £ С^) является экспоненциальной и

и-о**-'''^2*-0'11

описывается уравнением: Ч-а.Зл с , для которого

0,905; Использование этого способа при МГК много-

слойных сварных образцов в процессе их усталостных испытаний позволило определить координаты зарождающихся усталостных трещин.

Наличие зазоров между слоями многослойных конструкций снижает их работоспособность и является источником помех при акус-тичзском контроле. При МГК зазоры, „ параллельные поверхности изделия, не вызывают появления помех, т.к. Иа также параллелен поверхности. Их наличие увеличивает сопротивление мегнитному потоку Ф при намагничивании изделия, чтг ает привести к уменьшению поля дефекта.

Расчет и экспериментальное исследование распределения Ф в монолитных и многослойных образцах одинаковой толщины показали, что ф а двухслойном образце уменьшается и составляет 0,75 от потока Ф в монолитном образце, для трехслойного и чегырех-слойного образца этот коэффициент составляет 0,65 и 0,55 соответственно.

Проведенные исследования позволили предложить способ выявления расслоений, суть которого заключается в том, что с противо-* положной по отношению к ленте и НУ стороны многослойного ОК и эталонного монолитного образца укладывают пластину с дефектом, намагничивают и при считывании записи с ленты по уменьшению сигнала с ОК по сравнению с эталоном судят о наличии и величине расслоений.

Исследование способа определения величины расслоения произ-

водили на монолитных и многослойных образцах одинаковой толщины при изменении величины дефекта Л<Г , глубины его залегания ПС С П - количество слоев, С - тслтена однсго слоя, равная б мм), величины расслоения (зазора)4 » 0-4 мм.

Исследования Н^п (*) показали, что наличие зазоров между слоями резко снижает Нхс! • Построенные на основглии проведенных исследований зависимости Н^п(х) Для Двух» - трех,- четы-рехслойных образцов позволяет определить величину зазора в многослойных образцах пс сравнение с Нтп (х) в монолитных образцах.

Анализ зависимостей Д= ^'Л$) показывает, что при Л =0 дефекты Д<Р =1-2,5 мм выявляются в четырех слоях, при Л =0,5-1 мы лсГ =1-2,5 мм выявляются в трах верхних слоях, в слое )?4 выявляются Д<Г =1,5-2,5 мм, при Л =3 мм Л£ =1-2,5 мм выявляются в двух верхних слоях,Ле =2-2,5 - в третьем, в четвертом - только А& =2,5 мм. Полученные результаты подчеркивают необходимость обязательного определения Л менду слоями, т.к. при больших Л Спри производстве многослойных труб Л между слоями монет достигать 4 мы, допустимый - 0,8 мм) чувствительность ШС резко снижается и его проведение при больших А теряет смысл.

Анализ зависимостей^- £(&) для =1-2,5 мм для четырех слоев показывает, что для всех слоев, кроме первого их характер одинаков; монотоннее уменьшение амплитуды сигнала с увеличением Л . 1фи расположении дефекта в верхнем слсе амплитуда сигнала с увеличением А увеличивается, что объясняется увеличением маг— нитнеге _ противления медду слоями и в связи с этим сосредоточением Ф в верхнем слое.

Проведенные исследования позволили предложить методику определения величин зазора и дефекта в многослойных конструкциях: вначале определяют Л по графику Д = , затем при исполь-

зовании двух лент определяют № елся, в котором находится дефект. Зная Л и № слоя, определяют АО по графикам

В разделе приведено также исследование предложенного способа определения толщины металла ¿Г по сигналам, обусловленным краями ленты Л^ и показано, что при уменьшении сГ происходит увеличение , что позволяет определить изменения & в СК, либо пс сравнению Л к , полученных на эталоне и СК, либо по предварительно построенным графикам Лк-/(&)»

В разделе приведены результаты регрессионного анализа зависимостей и ¿у, для которых получены высокие зна-

чения и небольшие - бу/ и б^у .

В шестом разделе представлено исследование влияния неодао-родностей структуры металла на Л£ГК соединений, выполненных сваркой плавленная и давлением из закаливающихся сталей.

В связи с тем, что неоднородности структуры ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей обусловлены не только терьяческим циклом сварки (ТЦС), но и проведением последующего высокого отпуска, НТК таких соединений исследован в зависимости от проведения высокого отпуска после сварки.

В качестве изделий, не подвергающихся высокому отпуску после сварки, рассмотрены трубопроводы ТЭЦ из стали 15Х1ЩФ, свариваемые в монтажных уодовиях; при этом отдельные участки металла ЗТВ в результате воздействия TUG нагреваются до различных температур, что аналогично проведению различных видов термообработки.

В разделе приведено описание исследований кривых намагничивания материала (сталь 15X11112) в зависимости от вида термообработки и сварного соединения из этой стали и показано, что в сварном соединении имеется ряд участков (участок перегрева, учас- ■ ток закалки, участок отпуска, участок старения), магнитная индукция в которых при фиксированных значениях И0 ' резко отличается.

В связи с этим предпринято исследование магнитостатических полей, создаваемых участками с различной J4 в полубесконечном ферромагнитном теле.

Расчет магнитостатических полей в ЗТВ сварных соединений был впервые выполнен нами совместно с аспирантом Ыагилинским А.П. в двух работах. При этом был допущен ряд неточностей (не учтены симметричность расположения участков ЗТВ относительно шва, большое различие между шириной шва и отдельными участками ЗТВ, не учтено также влияние границы ферромагнетик-воздух и пр.), которых мы постарались избежать в данной работе.

Расчетная модель представлена на рис.3,а, при построении которой были приняты следующие допущения: полубесконечное ферромаг- 1 нитное тело окружено воздухом и намагничивается постоянным магнитным полем, направленным перпендикулярно плоскости симметрии шва, ширина которого магнитная проницаеморть ; ЗТВ состоит из линии сплавления с , участка перегрева с, участка перекристаллизации сft* • участка отпуска сJJ? и участка основного металла с; ширина этих участков соответственно ^¿-^j ,

Схама расчета магнитостатических полей (а) и /¿г/Ао в зоне сварного соединения (б)

Ох

и 1

1 1

/ \_ 4

--- 2— 8 Х-10''

)-- -с и

б)

I - при(4о& 2,6 Ю4 А/м; 2 -Н0*Ю4 А/и; 3 -Н0= 0,4-Ю4 А/м. Рис.3.

высота -£ ; длина - бесконечна.

На границе раздела с различными образуются магнитные заряды с поверхностным/ плстдастями ¿5 - fC^j , где изменяется от -С до 0; учет влияния границы ферромагнетик-воздух осуществляется на основе метода зеркальных отображений.

Как в в предыдущих случаях, для расчета использовали модель ленточного диполя для поверхностного дефекта.

Тангенциальная составляющая магните статического поля в точке наблюдения tl определяется суперпозицией H^L от действия зарядов на каждой из границ сред с различнымиfJ . После соответствующих преобразований: 1 i

Плотность магнитных зарядов определяем по формуле:

с.'- АJ J^L// L 2Jr(M+/<i+t) Sc* < °

Магнитные проницаемости JU,-JUt рассчитывали по кривым намагничивания различных участков сварного соединения при Но- 1° ti^Oy-tO"*/». Расчет Ит(х) выполнен на ЭЕЫ при 2ё/*10 мм; Оа * 0,4 мм; &=1,1 мм; мм;&=0,9 мм

. Ширину - ßr определяли по макрешлифам со сварного

/

образца. Результаты расчета в виде [%) представлены на

рис.3,6: кривые 1-3 соответствуют указанным выше . Здесь же приведены зависимости , полученные экспериментально

(кривые с точками).

Как видно из рисунка, получена хорошая сходимость, теоретического и экспериментального исследования.

Исследования показали, что Н-р(Х) над всей поверхностью объекта характеризуется наличием максимумов и минимумов, обусловленных изменением JJ на границах участков. Экспериментальное исследование (X) для сварного образца с дефектов в ЗТВ показало, что изменения, авзванные различием ju , подобны во величине и ферме изменениям обусловленных дефектами сплошности.

При МПС образцов сварных соединений из стали 15Х1М1Ф с дефектами в ЗТВ получены сигналограммы, характеризующиеся наличием многочисленных сигналив, выделить из которых сигнал о дефекте практически невозможно.

В разделе показано, что отстройку полей дефектов от помех.

обусловленных неоднородности»! структуры ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей ыошо обеспечить двумя путями: при прове- г дении НТК по остаточной намагниченности, если 25-30 А/см,

либо в приложенном пола, соответствующем нелинейным участкам магнитной характеристики ленты.

Исследования показали, что МГК по остаточной намагниченное— ти следует проводить для сварных соединений, находящихся в замкнутей магнитной цепи после отключения , что обеспечивается либо замкнутостью контролируемого сечения, либо проведением контроля без снятия электромагнита с изделия. При этом выявляются поверхностные дефекты величиной £%, дефекты внутренней поверхности - 12%, сквозные трезины выявляются в остаточном магнитном поле при незамкнутой магнитной цепи. Более высокая чувствительность обеспечивается при контроле в приложенном поле большой напряженности.

Для обеспечения высокой производительности и чувствительности метода ко всем дефектам швов и ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей предложено НУ, состоящее из двух блоков, один из которых предназначен для записи полей дефектов на ленту в приложенном пола, другой - в остаточном.

Особенности ¡ТК сварных соединений закаливающихся сталей, подвергающихся после сварки высокому отпуску, рассмотрены применительно к трубам из стали 45X1, выполненных сваркой трением (соединения стыковые и нахлесточныв). После проведения высокого отпуска структурные неоднородности отсутствуют, что обеспечивает однородность и возможность проведения МГК в приложенном

поле на оптимальном реаиме намагничивания, т.е. на линейном участке магнитной характеристики ленты. Особенностью дефектов сварки трением является их малое раскрытие, не исключается возможность образования и макродефектов, в связи с чем ддя исследований применяли три типа образцов: макродефекты получали за счет изменения зазора в стыках, микро- за счет изменения шероховатости образцов (торцовые поверхности обрабатывали до 60,/Р^ 2,5, /?а0,4 и/^,0,32),естественные дефекты получали за счет сварки образцов с отступлением от технологии.

Для повышения чувствительности НТК к дефектам, раскрытие которых . соизмеримо с величиной рабочего зазора головки магнитографических дефектоскопов, предложено "расширять магнитный след" на

ленте за счет ее колебаний в процессе магнитной записи.

Исследование /^.¿Сг/и зависимостей^^?/ , где у - шероховатость стыкуемых поверхностей образцов, показало эффективность колебаний ленты в процессе магнитной записи. Контроль образцов, выполненных сваркой трением, показал, что способ обеспечивает выявление дефектов раскрытием 3-50 мкм. Достоверность выявления таких дефектов подтверждена металлографическим исследованием реальных изделий после ЫГК. Наличие счипаний между трубой и кольцом (нахлесточное соединение) контролировали посредством споссба выявления расслоений, который списан в разделе 5. При этом обеспечивается выявление макро- и микрсдефектов.

Седьмой раздел посвящен исследованию и разработке магнитного метода выявления дефекта типа "слипание" в точечных соединениях, выполненных контактной сваркой.

Анализ химсостава и структуры точечных сварных соединений

показал, что основным отличием литого ядра и слипания при сварке одинаковых по химсоставу незакаливающихся сталей является текстура металла: в литом ядре кристаллиты расположены перпендикулярно, в слипании - параллельно поверхности образца. Литое ядро и ели- , пание будут, естественно, иметь отличия и по величине остаточных сварочных напряжений, однако из-за больших параметров преобразователя прибора ИНИ-Щ нам не удалось эти отличия зафиксировать'. >'. <-

'И&^йрвания кривых намагничивания точечных сварных соеди- ■' V рений ¿Сразцов при НаII и НА поверхности образцов.пок^-. ' .1"

зали, магнитная индукция В для участков образца со фм*-''^ панией, с литым ядром и основным металлом из стали 20 (пакет из> двух элементов} разделенных воздулной прослойкой зазора)отличавТг' ся в диапазоне $0 «(1С-50)»10^ А/ы, что обусловлено влиянием текстуры металла литого ядра и слипания. Для образцов, сваривав, кых из различных сталей (Ст.20+ Ст.45) В для тех же участков образца обличается во всем диапазоне исследуемых полей.

Существенной особенностью ыякрошлифов точечных сварных соединений является то, что несмотря на расположение литого ядра или слипания внутри ферромагнетика (внутренний "дефект"), срани*-'• цы участков с литым ядром или слипанием просматривается вплоть до поверхности образцов, что дает основание для расчета магкито-

- -лтагических солей исследовать модель ленточного диполя Зацецина- .. . .-г. '^'^иййда^а.црименительрс)- £^в§р^ос.тным дефектам. При -•-' ¿рф?! ^бТш^вгтные. основного- металла*,

-Шрвэ слипания постоя!^'1р"од|6иГк£шы для со'ответствуюцих

образца.

Предлагаемая модель для расчета магнитостатических пслей в зоне точечного соединения с учетом различий /> на границах участков основной металл - литое ядро, основной металл - слипание, воздух (в зазоре меяду свариваеы1ми элементами) - лнтсе ядро, воздух - слипание, воздух - основной металл (в зоне вмятин от электродов) представлена на рис.4,а. При На И поверхности образца посла соответствую!!»« преобразований получено:

(((♦^МТМ! [ИРЛ'ГЧ!

где & - толщина свариваемых элементов;

- величина' зазора мевду элементами;

2.CÍ,- диаметр литого ядра;

- диаметр вмятин от электродов;

- глубина вмятин;

CL, & - размер литого ядра и вмятин по оси Z. . Плотность магнитных зарядов на границах участков с различными /У рпределяли так se, как в разделе &с

Выражение для HzfaJ, для сокращения объема не приводим.

На рис.4,б приведены правые части симметричных кривых Нп (-*-) для литого ядра (сплошные линии) и слипания (пунктирные). Чтобы не затемнять рисунок, кривые для слипания повернуты на 180°. Цифры 1,2 обозначают ¿0^= 3 и 7 мы.

Экспериментальные исследования t!n (xjv. /^.^произвсдили на образцах, отличающихся параметрами литого ядра и слипания, изменение которых осуществляли за счет изменения режимов сварки. Перед проведением исследований образцы размагничивали для исключения влияния остаточных полей, обусловленных процессом сварки. Для измерений Йп v. Ит использвали датчик Холла, магнитометр, разработанный ИФМ УрО АН СССР (г.Свердловск), ЛЛМ из ферромагнитной ленты И-4701.

Результаты экспериментальных исследований представлены также на рис.4,б (кривые с точками).

Проведенные исследования показали, что при ил поверхности получена хорошая качественная сходимость результатов теоретического и экспериментального исследования: экстремальные значения Нп соответствуют границам литого ядра или слипания, что позволяет по параметру ¿?х (расстояние междуИптох^ определять диаметр литого ядра. Hnmot и Цттох. коррелируют с глубиной проплавления литого ядра, их величина резко снижается при наличии слипания, что дает возможность выявлять его магнитным методом.

Исследование остаточных магнитных солей в точечных соединениях, обусловленных процессом сварки (ток переменный, сила тоха «10-15 кА) показало, то после сварки значения Hnz над каждой точкой отличаются как со величине, так и по направлению и эти отличия обусловлены синусоидальностью Зс£ и многократным (в многоточечном соединении) воздействием магнитных полей на предыдущую точку при сварке каждой последующей, а не качеством сварного соединения. Последующее намагничивание образцов постоян-

35 *

Расчетная модель - а и (х)~ б для литого ядра > (сплошные линии) и слилания (пунктирные) диаметром 3(1,1') и 7 (2,2') мм

Нп-ЮА/п

/О jl.ll я

/ \ /'2 /л

г О \ / /\£х< ьу^' Р

б)

Рис.4.

ным магнитным полем не обеспечивает свяси между параметрами, иаг-нитостатических полей и качеством точечного соединения.

Дхя обеспечения точности выявления слипания был предложен способ, заключающийся в том, что изделия после сварки размагничиваются, а затем намагничиваются в области слабых полей (//„ «(10-50)- 102 А/м). При этом для литого ядра И„ и 2250-3000 А/м, для слипаний Нп = 1(300-1500 А/м.

Исследования влияния вмятин ст электродов на поверхности сварного соединегая на Ип и Их показали, что в отстройке от полей, обусловленных вмятинами, нет необходимости, т.к. они увеличиваю"^ полезный сигнал и не являются источниками помех. При этом следует отметить, что для слипания при наличии вмятин Ип- 500-10СС А/м, при отсутствии - 100-250 А/м, а для литого ядра при Л = I мм, соответственно, 1500-2300 и 900-1100 А/м, что позволяет выявлять слипание с достаточной точностью.

Проведенные исследования показали, что основные параметры магнитного контроля (вектор приложенного поля, тип датчика, способ сканирования, конструкция НУ) зависят от класса свариваемых сталей, конструкции изделия, определяемых параметров сварного соединения (выявление слипания, либо определение <УМ и Л ). Так, при контроле сварных соединений из одинаковых по химсоставу незакаливающихся сталей, в связи с более существенным отличием магнитных свойств литого ядра и слипания в области слабых полей наиболее предпочтительным датчиком является феррозонд. При контроле сварных точечных соединений из различных по химсоставу сталей можно использовать магнитную ленту И-4701. Оба этих датчика имею« свои преимущества и недостатки: сканирование феррозондом по кругу легко механизировать; при контроле точек, расположенных в ряд, лучше применять магнитную ленту. В ряде случаев используют оба преобразователя.

В разделе приведены конструкции НУ и методики контроля реальных изделий: кронштейнов пассажирского лифта и оребрекной трубы с использованием магнитной ленты И-4701 (регистрация Нг ) и феррозонда {Ип). Достоверность определения ¿/ля и выявления слипами/ определяли посредством измерения соответствующих параметров на макрошлифах сварных соединений после проведения магнитного контроля. Коэффициенты корреляции ме*ау , Йт и Ь получены соответственно, 0,9 и 0,94; между для ленты 0,925

/

1Г-

феррозонда 0,95.

В восьмом разделе описаны принципы разработки НУ и их конструкции для реальных изделий, методология разработки технологии ЫГК сварных соединений с учетом их особенностей, контрольные образцы для. метрологического обеспечения МГК и впервые показана возможность эталонирования МГК сварных соединений.

На примере монтажных стыков трубопроводов (ЬСТ) диаметром 10-465 мм показано, что оптимальным методом учета особенностей сварных соединений и конструкций является исследование Сх) в зоне качественного сварного соединения ОК, т.к. характер кривой Н^г, (_X) позволяет судить о степени однородности Н^ по сечению и длине шва и о средствах ее повышения, в качестве которых следует применять либо концентраторы магнитной индукции, либо охват всей протяженности шва электромагнитами, либо и то и другое. Иллюстрацией справедливости данного утверждения являются конструкции НУ для контроля кольцевых швов ЖТ:

- для диаметра 10-100 мм НУ представляют собой П-образный электромагнит с концентраторами, при этом концентраторы охватывают всю окружность трубы, электромагнит - половину;

- для диаметра 110-120 мм НУ представляют собой П-образные электромагниты, в которых концентраторы и электромагниты охватывают всю окружность трубы;

- для диаметра 206-465 мм НУ выполнены с высокой степенью унификации, заключающейся в использовании концентраторов одинаковой формы соответствующего диаметра и одинаковых электромагнитов Д-образного типа, количество которых определяется диаметром 2£Т: 206-4, 350-6, 465-8.

В разделе описаны также НУ для контроля кольцевых и продольных швов труб диаметром 152-600 км и 1420 км, разработанные с учетом указанных принципов. Для МГН трубных заготовок, выполненных сваркой трением, разработано НУ из трехсекционного электромагнита. Для сортировки изделий на годные и бракованные разработано специальное устройство.

В разделе приведена методология разработки технологии магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений с учетом их особенностей и подчеркнуто, что основой ее язди-ется исследование £х'д,ля качественного сварного соединения. При этом обосновывается возможность выбора оптимальных режимов намагничивания, типа ленты, построения номограмм для определения ве-

личины дефекта щш МГК на образцах с искусственными дефектами в виде нелровара и последующей корректировки технологии ЫГК после ее производственной апробации. Большее внимание уделено процессу расшифровки сигналограмм с использованием различных типов дефектоскопов, включая наиболее современные - с цветной телевизионной индикацией. При ?тоы обращено внимание, что о наличии дефекта судят не только по появлению двухполярного сигнала, но и по уменьшению сигналов от краев шва.

В рекомендациях по разработке технологии ферроиондового контроля точечных сварных соединений также показано, что кссл&-дование Нп (*) и является основой определения способа на-

магничивания, диапазона намагничивающих полей и их направления относительно поверхности изделия, при которых обеспечивается существенная разница в величине Нп или Н? для слипания и литого ядра.

В разделе описан ряд универсальных контрольных образцов, разработанных автором для метрологического обеспечения (Ю) UTK: образец с монотонно изменяющимся радиусом кривизны усиления сварного шва, образец с монотонно изменяющейся толщиной контроли-^ руеыого металла, контрольные образцы с накладными усилениями с различными р с одной или с двух сторон контролируемого изделия, составной образец с возможностью изменения параметров внутреннего дефекта.

Контрольный образец для магнитного контроля точечных сварных соединений содержит точки различного диаметра, изменение которого при постоянстве других параметров (глубина вмятин и глубина про-плавления литого ядра) осуществляется за счет размещения перед сваркой между соединяемыми элементами шайб из немагнитного тугоплавкого материала {N6), Так как немагнитен, он не вызывает

образования магнитостатических полей, а высокая температура плавления обеспечивает целостность шайб при расплавлении литого ядра из стали. Внутренний диаметр шайб формирует диаметр литого ядра. Изготовив образец с постоянным диаметром шайб и различной их толщиной, получают точки, отличающиеся глубиной проплавления литого ядра.

Сравнивая сигналы, полученные при контроле реаленых изделий с сигналами, полученными с контрольных образцов, определяет диаметр и глубину проплавления литого ядра.

Несмотря на преимущества предложанных нами контрольных образ-

цоз по сравнению с фрагментами реальных изделий, рекомендуемых ГОСТ ¿¿5225-82 для Ю МГК сварных соединений, они характеризуется высокой трудоемкостью изготовления и варьирования видов и параметров дефектов, большим расходом материальных и энергетических ресурсов.

В разделе дан анализ работ по Ш ультразвукового (Ермолов И.Н., Алешин Н.П., Щербинский В.Г., Гурвич A.A., Кусакин H.A., Стицура А.П. и др.), вихретокового (Клюев В.В., Хватов П.А., Покровский А.Д., Косовский Д.И., Шкарлет D.M. и др.) методов контроля и показано, что для Ш магнитных методов, в отличие от ультразвукового и вихретокового, практически не применяется эталонирование. На основе работ Щербинина В.Б., (¿ихайлова С.П., Зацепина H.H., в которых поло дефекта моделируется посредством прозодника с током, нами совместно с аспирантами предложен ряд способов и устройств, обеспечиваквдх возможность эталонирования МГК сварных соединений.

Наиболее полно реальным сварным соединениям соответствует эталон, состояний из набора стальных пластин разной толщины, имитаторов дефектов (ИД), представляющих собой набор проводников, имитаторов сварного шва (ИШ), представляющих собой набор "усилений" сварного шва, выполненных в- вида сегментов окружнойстей разного ß из металла с высокой электропроводностью (медь.ал-люминий).

Располагая на пластине ИД, ИШ, устанавливают на ней также НУ, подключают их к источникам питания и посредством изменения тока в указанных проводниках и НУ, моделируют суперпозицию всех полай, действующих на магнитную ленту в процессе МГК сварных соединений. Размагничивающее действие усиления сварного шва обеспечивается противоположным направлением ¿ в ИШ по сравне-\ нию с ИД и НУ.

При этом параметры усиления шва определяются радиусом ИШ, величина дефекта - диаметром ИД; координаты дефекта - изменением расположения ИД. Исследование описанного эталона показало, что посредством изменения силы в ИД, ИШ и НУ можно получить результаты, аналогичные .'ЯК реальных сварных образцов, что подтверждает возможность эталонирования МГК сварных соединений.

В заключительной части восьмого раздела на основе методик и приемов оценки достоверности ■ НК, предложенных Волченко В.Н., приведены расчеты достоверности магнитографического и феррозон-

\

довых методов контроля.

Оценку достоверности Д магнитных методов контроля сварных соединений производили по альтернативному признаку по результатам сравнения исследуемых методов и металлографии на производстве и в лабораторных условиях:

- Д комплексного контроля (ЫГК и УЗК) сварных соединений многослойных труб для несплавлений - 922, пор и шлаковьйс включений - 87£, трещин - Ы%;

Д двухэтапного (в начале определение слипания, затем - диаметра литого ядра точки) феррозондового контроля точечных сварных соединений оребренных труб 2 =0,985.

Годовой экономический эффект от внедрения магнитографического и феррозондового методов контроля сварных соединений ответственных изделий на Саратовском заводе "Проммаш", Амурском машиностроительном заводе, Ысгилевском лифтостроительном заводе, Куйбышевском агрегатном ПО, а/я Р-6758, А-1233 и др. составил свыше 500 тысяч рублей в год.

В приложениях приведены копии актов внедрения разработанных средств и методов контроля, инструкции по магнитографическому контролю ИСТ 0 206-465 мм, копии паспортов контрольных образцов и свидетельств : об их аттестации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ особенностей соединений и конструкций, выполненных различными способами сварки из различных ежалей, оказывающих влияние на возможности магнитных методов их контроля, показал, что все их многообразие можно свести к следующим:

- форма усиления шва, соединения и конструкции;

- неоднородности химического состава и структуры;

- неоднородности распределения остаточных напряжений;

- неоднородности текстуры металла в различных зонах сварного соединения.

В связи с этим в настоящей работе выявлены основные закономерности формирования магнитостатических полей в зоне качественных сварных соединений и соединений с дефектами в зависимости от их формы, химического состава, распределения остаточных напряжений, неоднородности структуры ЗТВ закаливающихся сталей в зависимости от проведения ьысокого отпуска после сварки и неод-нородноотей текстуры металла в различных зонах сварного соединения.

Полученные результаты использованы для совершенствования методологии ЫГК, позволившей обосновать логическую связь между распредалением магнитостатических полей в зоне сварных соединений и созданием новых способов повигсния чувствителоности и помехоустойчивости, намагничивающих устройств, контрольных образцов н технологии МГК сварных соединений, что способствовало и будет способствовать в дальнейшем расширению масштаба применения этих методов контроля в промышленности.. . Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

I. Использование дипальной теории для расчета магнитостати-ческого поля усиления шва и дефекта в сварном соединении, а так-яе экспериментальные исследования позволили определить характер формирования магнитостатических полей на поверхности соединения:

- тангенциальная составляющая поля усиления сварного шва/^0 направлена противоположно тангенциальной составляющей намагничивающего поля Нго , что обусловливает размагничивающее действие усиления сварного шва и снижение чувствительности МГК сварных соединений с усилением;

- результирующее поло Нщ увеличивается с увеличением ширины шва $ и уменьшением высоты усиления С. , т.е. зависит от формы усиления сзарного шва, определяемой радиуссм кривизны усиления шва;

- выявлябмость дефектов зависит от соотношения Нто и суперпозиции И to и Hid J при /Hid? / hlToi-Hrc/l - дефект не выявляется, при ¡Hzol<lHzo+Htd] - ДеФект выявляется.

2. Влияние остаточных напряжений на Нхп (х) в зона усиления сварного шва незначительно и зависит от величины напряженности приложенного поля: при режимах, характерных для МГК значения Hzn увеличиваются на 5-I0&, при этом форма НхпД/не изменяется.

3. Наличие неоднородностей химсостава металла сварного соединения не оказывает влияния на форму Нхп (х) .

4. Преобладающее влияние на форму кривой Ихrife) в зона усиления сварного шва оказывает форма его усиления: на основа этой зависимости предлонен способ определения параметров и формы усиления шва из ферромагнитных и неферромагнитных материалов.

5. Помехи, обусловленные чешуйчатостью и усилением сварного шва, можно компенсировать за счет совместного считывания записи с двух магнитных лент, полученных с эталонного качественного об-

разца и контролируемого объекта при намагничивании их постоянным магнитным полем одинаковой полярности и различного направления.

6. На сснове учета противоположности//^*//^ для определения наличия дефекта предлогено использовать новый информативный параметр - уменьшение сигнала от усиления сварного шва.

7. Использование вь'сококоэрцитивной ленты и ренимов намагничивания, соответствующих линейному участку ее магнитной характеристики, обеспечивает чувствительность МГК 2-Зл к дефектам внутренней поверхности несварных изделий толщиной 3-20 мм.

6. Повышение чувствительности МГК сварных соединений с усилением обеспечивается за счет введения дополнительного магнитного потока неьосредственно в усиление сварного шва, для чего предложен ряд способов и устройств.

9. Для металла толщиной б, 12, 16 и 20 км определены области параметров швов и С ), при которых выявляется надежно дефект Ъ%. При этом для металла толщиной 6-12 мм эти области не выходят за пределы размеров и С , регламентированных ГОСТ 6713-70 для автоматической сварки под флюсом.

10. В изделиях больших габаритов при намагничивании происходит сильное растекание^ ,для предотвращения которого контролируемый шов следует намагничивать одновременно по всей длине, либо применять подвижные НУ. При этом обеспечивается выявление нелро-варов и трещин величиной от толщины 24 мм в четырех верхних слоях многослойных конструкций.

11. Запись полей дефектов на две ленты, уложенные с обеих поверхностей контролируемого сечения, позволяет определить величину и глубину залегания дефекта.

12. Определение величины зазора в многослойной конструкции. • осуществляется посредством способа МГК, заключающегося в сравнении сигналов от дефекта в пластине, уложенной под эталонный образец и ОК,

13. Определение толщины ОК осуществляется посредством способа МПС, заключающегося в сравнении амплитуд от краевых сигналов лент, намагниченных на эталонном образце и ОК.

14. Наличие структурных неоднородностей в ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей зависит от проведения высокого отпуска после сварки. Если высокий отпуск не проводится, намаг-

ничивание сварного соединения приводит к образовании магнитоста-тических полей, по величине и форме подобных полям дефектов. Повышение помехоустойчивости МГК производится посредством намагничивания !•■■". ЗТВ в остаточном магнитном поле, либо в приложенном, соответствующем нелинейным участкам магнитной характеристики ленты. Высокая производительность и чувствительность МГК к дефектам сварных швов и ЗТВ сварных соединений закаливающихся сталей достигается за счет применения НУ, обеспечивающего запись полей дефектов на две ленты: одну - в приложенном поле, другую - в остаточном.

15. При МГК сварных соединений закаливающихся сталей, подвергающихся после сварки высокому отпуску» обеспечивается однородность структуры,а, следовательно, и магнитных свойств, что дает возможность проводить UTK в приложенной поле: при использовании предложенного способа МГК, заключающегося в расширении магнитного отпечатка дефекта на ленте, выявляются дефекты соединений, выполненных сваркой трением, раскрытием 3 чкм и более.

16. Наличие текстуры в литом ядре точечного сварного соединения обусловливает отличие его магнитных характеристик от слипания и является основой магнитного метода выявления слипаний.

17. Расчет магнитостатических полей литого ядра и слипания , в точечном сварном соединении, а также экспериментальное исследование позволили установить особенности формирования полей на поверхности точечного сварного соединения: нормальная Нп - и тангенциальная Нт - составляющие магнитостатического поля, обусловленные литым ядром и алипанием при намагничивании изделия параллельно его поверхности претерпевают изменения на границе литое ядро (слипание) - основной металл, что позволяет по параметру^ (расстояние между экстремальными значениями/^) определять диаметр литого ядра (слипания); параметры Нп и Hz К0Р" релируют с глубиной прославления литого ядра; резкое снижение Ял и Нт свидетельствует о наличии слипания.

18. Высокая достоверность выявления слипаний и определения параметров dA!) обеспечивается при использовании предложенного способа, сущность которого состоит в исключении влияния остаточной намагниченности, обусловленной процессом контактной точечо ной сварки, посредством размагничивания изделия после сварки, последующего намагничивания в области слабых полей и регистрации

t

Ип феррозондом-градиентометром.

19. Для метрологического обеспечения магнитного контроля соединений, выполненных сваркой плавлением и давлением, разработан ряд контрольных образцов, обеспечивающих возможность изменения толщины свариваемого металла, параметров усиления сварного шва и дефекта, параметров литого ядра точки.

20. На основе анализа суперпозиции полей, действующих на ленту в процессе намагничивания, предложены способы и устройства, обеспечивающие возможность эталонирования МГК сварных соединений.

21. С учетом особенностей сварных соединений разработаны технологии, ряд устройств и установок для намагничивания и контроля реальных изделий магнитографическим и феррозондовыми методами, контрольные образцы, экономический эффект от внедрения которых в производство составил свыше 500 тыс.руб. в год; намагничивающее устройство (а.с. MI878) и способ намагничивания

(а.с. .¥565245) внедрены в учебный процесс для студентов специальности 1902 - "Физические методы и приборы интроскопии".

В целом можно отметить, что способы и средства магнитографического и феррозондового контроля, разработанные на основе проведенных исследований и защищенные 33-мя а.с. и 5-ю положительными решениями по заявкам на изобретения, а такие разработанные с их учетом технологии дают основание для решения вавдой народно-хозя- ' йственной задачи повышения качества и экономичности сварных соединений.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Шарова А.М., Роговин Д.А., Куликов B.D. Чувствительность магнитографического контроля качества сварных соединений низксуг-леродистых сталей //Автоматическая сварка.- 1973.- №7,- С.39-42. .

2. Шарова А.Ы., Роговин Д.А., Куликов В.П. Экспериментальное

исследование магнитографического контроля качества электрозаклепочных соединений //Автоматическая сварка.- 1975.- V5.- С.26-29. t

3. Шарова А.К., Куликов В.П. О возможности магнитографической ' дефектоскопии электрозаклепочных соединений //Неразрушающие методы и средства контроля и их применение з промышленности

Минск: Наука и техника, 1973.- С.189-195.

4. Шарова A.U., Куликов B.D., Новихов В.А. Исследование и разработка магнитографического контроля точечных соединений /Дез.докл. Второй Всесоюзной конф. по электромагнитным методам

контроля качества материалов и изделий.- Рига, 1975,- C.I05-III. 1 ■ 5. Куликов В.П., Шарова A.M. О контроле точечных сварных соединений магнитографическим ыетодом //Сварочное производство,-1976.- №3.- С.34-36.

6. Куликов В.П., Шарова A.M. Выбор рациональных режимов магнитографического контроля точечных сварных соединений //Сварочное производство,- 1976.- Н.- С.31-32.

7. Шарова A.M., Новиков В.А. О новом способе повышения чувствительности магнитографического контроля односторонних сварных швов //Новые физические методы и средства контроля промышленных изделий: Тез. докл. Второй Белорусской республиканской научно-технической конф. - Минск, 1978.- С.201-206.

8. Павлюк С.К., Шарова A.M., Гостев Г.Г. Ремонт химического оборудования огневыми методами.- Минск: Вышэйшая школа, 1937.175 с.

9. Шарова A.M. Контроль качества сварки магнитографическим методом.- Минск: Вышэйшая школа, 1979.- 118 с.

10. Шарова A.M., Новиков В.А. Магнитографический контроль глубины проплавления тавровых соединений //Автоматическая сварка,-1979.- №3.- С.52-55.

11. Шарова A.M.-, Куликов В.П., Белягов A.M. и др. Экспериментальное исследование магнитографического контроля сварных соединений многослойных труб //Передовой опыт неразрушакцего контроля качества сварных соединений.- Киев: ИЭС им. Е.О.Патона, 1979.- C.96-I02.

12. Шарова A.M., Новиков В.А. Расчетно-экслериментальное исследование топографии магнитного поля рассеяния на поверхности качественного сварного шва //Магнитные методы: Тез.докл. К Все-союзн. научн.-техн. конф. неразрушающих физических методов и средств контроля.- Минск, 1981.- С.165-187.

13. Шарова A.M., Новиков В.А. Выявляемость дефектов магнитографическим методом в зависимости от координат их расположения в сварных швах //Дефектоскопия.- 1979.- №12.- С.45-52.

14. Шарова A.M., Новиков В.А. Топография поля дефекта на поверхности стыкового сварного шва //Дефектоскопия.- X98I.- №5,-C.7I-78.

15. Куликов В.П., Шарова A.M. Способ компенсации помех о? поверхностных неровностей при магнитографическом контроле точечных сварных соединений //Дефектоскопия.- 1981.- №.- С.48-63.

16. Шарова А.Ы., Куликов В.П.. Белягов А.Ы. и др. Магнитографический контроль качества сварных многослойных труб //Автоматическая сварка.- 1961.- I.- С.64-66.

17. Шарова А.Ы..Куликов В.П., Белягов A.U. и др. Магнитографический контроль момента зарождения усталостных трещин в сварных соединениях //Автоматическая сварка.- I960.- НО.-С.19^21.

18. Шарова А.Ы., Лаврентьева В.Ы. Изучение возможности выявления магнитными методами слипания в соединениях, выполненных точечной сваркой //Автоматическая сварка.- I983.-9 8.- С.56-59.

19. Шарова А.Ы., Лаврентьева В.Ы., Горепекин А.Н., Кривой

B.В. Выявление слипаний в «очечных соединениях магнитными методами //Контроль и управление качеством.- Киев: ИЭС им.Е.ОЛато-иа, 1984.- С.99-105.

20. Шарова А.Ы., Ыагигинский А.П. Магнитографический метод контроля сварных соединений закаливающихся сталей //Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций.- Киев, 1986.-

C.89—93.

21. Шарова А.Ы. Учет особенностей сварных соединений при ^ разработке методик магнитографического контроля //Экономия материальных, энергетических и трудовых ресурсов в сварочном производстве: Тез. докл. Всесоюзн. научн.-техн. конф.- Челябинск, 1986.- С.398-399.

22. Шарова A.U., Выборненко С.И. К вопросу определения параметров дефектов магнитографическим методом //Прогрессивные методы неразрушающего контроля полуфабрикатов, деталей и изделий

как эффективный фактор повышения качества и надежности выпускаемой продукции.- Куйбышев, 1987.- С.47-48.

23. Шарова А.Ы. К вопросу определения межслойных зазоров в

сварных многослойных конструкциях магнитографическим методом //Диагностика и прогнозирование разрушения сварных конструкций.» Киев: Навукова думка, 1987.- *4.- С.37-43.

24. Шарова А.Ы., Давыдков A.A., Васильев A.C., Романов В.А. Исследование ыагнитостатических полей дефектов герметичности в сварном шве магнитографическим методом // Неразрушающие физические методы и средства контроля: Твэ.докл. Всесоюзн.неучн.-техн.конф.-M., I987.-C.I34.

25. Шарова А.Ы., Ыагилинский A.D. Контроль, сварных соединений закаливающихся сталей: особенности магнитографического метода //Дефектоскопия.- 1988.- №2.- C.II-I8.

26. Лаврентьева В.М., Шарова A.M., Васильев A.C. Магнитный метод контроля точечных сварных соединений //Дефектоскопия.-1986.- №10.- С.21-23.

27. Шарова A.M., Выборненко С.И., Романов В.А. Определение параметров дефектов при магнитографическом контроле //Техническая диагностика и неразрушающий контроль,- 1У8Э.- №4.- С.37-41.

28. Шарова A.M., Васильев A.C. Влияние ыеяслойных зазоров на поле дефекта при магнитографическом контроле многослойных сварных конструкций //Дефектоскопия.- 1959,- № 9,- С.62-66.

29. Шарова A.M., Стрельская H.A., Магилинский А.П., Давыдков A.A. Выявление трещин в сварных швах магнитографическим методом //Техническая диагностика и неразрушающий контроль.- 1990,- №2С.64-68.

30. Шарова A.ii., Скрябина Г.И., Магклинский А.П. Анализ распределения магнитостатических полей в сварных соединениях из закаливающихся сталей.- В кн. Ресурсосберегающие технологии и оборудование в машиностроении, сварочном производства и строительстве. Сборник научных трудов, часть II, БелКШНТИ, Минск, 1991.- С.325-329.

31. Шарова A.M., Синица А.Н., Лаврентьева В.М. Исследование влияния магнитоупругого эффекта на точность магнитографического контроля сварных соединений //Совершенствование существующих и создание новых ресурсосберегающих технологий к оборудования в машиностроении, сварочном производстве и строительстве.- Тез. докл. научн.-техн. конф. Часть II.- Минск, БелНИИНТИ, 1991, с. 124-125.

32. Шарова A.M., Синица А.Н., Лехнович Г.А. Исследование возможности эталонирования магнитографического контроля сварных соединений.- Там же. C.I25-I26.

33. A.c. 945764 СССР. Спороб магнитографического контроля изделий /Акулов Н.С., Козлов B.C., Жолнерович O.A., Шарова A.M. Опубл. 1982, бюл.№11.

34. A.c. 416766 СССР. Намагничивающее устройство для магнитографической дефектоскопии /Шарова A.M., Роговин Д.А., Куликов В.П.-Опубл. 1973, Бпл.НО.

35. A.c. 564583 СССР. Способ магнитографического контроля сварных соединений /Шарова A.M., Куликов В.П., Новиков В.А.-Опубл. 1977, Бюл.№25.

36. A.c. 565245 СССР. Способ намагничивания при контроле

односторонних сварных соединений /Шарова A.M., Новиков В.А. Опубл. IS77, Вод.£26.

37. A.c. 74II36 СССР. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии /Шарова А.Ы., Новиков В.А. Опубл. , I960, Бал. » 22.

38. A.c. 785726 СССР. Способ магнитографического контроля /Шарова A.M., Носиков В.А., Куликов В.П., Хилинскак И.М.- Опубл. IS80, Бал.Ь' 45.

39. A.c. £19660 СССР. Способ магнитографического контроля сварных швов /Шарова A.Ii., Новиков В.А., Лаврентьева В.II.-Опубл. 1981, Бсл.Ш.

40. A.c. 6I966I СССР. Намагничивающее устройство для магнитографической дефектоскопии /Шарова А.Ii., Новиков В.А., Куликов В.П., Белягов A.M., Лаврентьева В.Ы.- Опубл. 1981, Бол.№13.

41. A.c. 877417 СССР. Способ магнитографического контроля ферромагнитных материалов /Шарова A.M., Новиков В.А., Куликов Б .П.- Опубл. 1981, Бюл.МС.

42. A.c. II96746 СССР. Способ магнитографического контроля сварных соединений /Шарова А.Ы., Новиков В.А., ¿агилинский A.Ü.-Опубл. 1985, Еюл. Н5.

43. A.c. I£29671 СССР. Способ магнитографического контроля изделий из ферромагнитных материалов /Шарова А.Ы., Новиков В.А., Юдчиц М.В.- Опубл. 1986, Бюл.Е 17.

44. A.c. 1254365 СССР. Способ магнитного контроля сварных соединений /Шарова A.M., Роговин Д.А., Лаврентьева В.М., Мегилин«-ский А.П.- Опубл., I9S6, Бюл.» 32.

45. A.c. I3I0707 СССР. Способ магнитографического контроля ферромагнитных изделий /Шарова A.M., Лаврентьева В.М., Выборнен-ко С.И., Давидков A.A., Слуцкая Л.В., Сазонов Б.И.- Опубл, 1987, Бел. » 18.

46. A.c. I3S8707 СССР. Способ контроля размеров объекта /Ша-т рова А.И., Новиков В.А., Лаврентьева В.М., Лехнович Г.А.- Опубл. 1986, Бел. * 14.

47. A.c. 1388777 СССР. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии /Шарова A.M., Давыдков A.A., Новиков В.А.- Опубл. 1988, Бел. * 14.

48. A.c. 1486902 СССР. Намагничивающее устройство для дефектоскопии трубчатых изделий /Шарова A.M., Выборненко С.И., Маги-

линский А.П., Давыдов A.A., Гнедин U.M.- Опубл. 1989, Бол.#22.

49. A.c. I5I6775 СССР. Намагничивающее устройство для магнитной дефектоскопии /Шпрова A.M., Выборненко С.И., Давыдков A.A., Магилинский А.П., Гнедин U.M. и Шишкин A.B.- Опубл. 1969, Бюл. >40.

50. A.c. 1527555 СССР. Способ изготовления контрольного образца для магнитной дефектоскопии сварных соединений /Шароза A.M., Выборненко С.И., Лаврентьева В.М., Шкляр В.А., Уланова Л.В.-Опубл. в Б.И., 1989.- М5.

51. A.c. I53438I СССР. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии /Шарова A.M., Давыдков A.A., Романов В.А., Магилинский А.П. - Сйубл. в Б.И., 1990.- )Я.

52. A.c. 1552084 СССР. Способ магнитографического контроля и устройство для его осуществления /Романов В.А., Иарова A.M., Давыдков A.A., Выборненко С.И. - Опубл. в Б.И., I9S0, Еюл.№ II.

53. A.c. 1562636 СССР. Способ магнитографическогот контроля /Выборненко С.И., Шарова A.M., Лаврентьева В.М. -Опубл. в Б.И., 1990, 1? 7.

54. A.c. I5734I3 СССР. Устройство намагничивания для магнитной дефектоскопии /Выборненко С.И., Шарова A.M., Гнедин М.М., Набкко В.Н.- Опубл. в Б.И., 1990,- №23.

55. A.c. I569I90 СССР. Способ калибровки магнитных дефенто- . скопов и устройство для его осуществления /А.А.Давыдков, Шарова A.M. ^

-Опубл. в Б.И., £32. :

55. A.c. I5S9I9I СССР. Устройство для калибровки магнитных дефектоскопов /Дазыдков A.A., Шарова A.M., Сохин В.И.- Опубл. в Б.И., 1990; *32.

57. A.c. I6I2I5I СССР. Способ для магнитографической дефектоскопии и устройство для его реализации /Иарова A.M.. Давыдков A.A., Романов В.А., Выборненко С.И., Магилинский А.П., Тетерко А.Я., Дорсшко Е.З.- Опубл. в Б.И., I99C.- .¥45.

58. A.c. 1599755 СССР. Магнитографический способ контроля качества сварных швов /Шарова A.M., Давыдков A.A., Чурбаноаа О.П., Стрельская М.А.- Опубл. в Б.И., 1990.- Ш.

59. A.c. 1620927 СССР. Контрольный образец для ?/агнитной дефектоскопии /Давыдков A.A., Романов В.А., Шарова A.M. - Опубл. в Б.И., 1991,- » 2.

60. A.c. I62983I СССР. Эталонный образец для определения качества магнитных дефектоскопических материалов /Давыдков A.A.,

Шарова A.M., Романов В.А., Выборненко С.И., Сохин В.И.- Опубл. в Б.И., 1991.-«.

61. A.c. 1629832 СССР. Способ намагничивания при контроле односторонних сварных соединений /Давыдков A.A., Шарова А.Ы.-Опубл. в Б.И., 1991,- ЯП.

62. A.c. 1647374 СССР. Способ магнитографического контроля сварных швов / Романов В.А., Шарова A.M., Давыдков A.A.- Опубл. в Б.И., 1991.-Н7.

63. A.c. I6494II СССР. Намагничивающее устройство для магнитной дефектоскопии /Выборненко С.И., Шарова A.M., Гнедин U.U., Шабыко В.Н. - Опубл. в Б.И., 1991.- № 18.

64. A.c. 1658069 СССР. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии /Шарова А.Ы., Давыдков A.A., Тетерко А.Я., Выборненко С.И., Магилинский А.П. - Опубл. в Б.И., 1991.- №23.

65. A.c. 1658070 СССР. Способ магнитографического контроля /Шарсва Ü.M., Выборненко С.И., Данилова Ы.В., Ларионова Н.В., Ыагклинский А.П. - Опубл. в Б.И., 1991.- №23.

66. Положительное решение по заявке № 4756584 от 28.12.90 г. Способ магнитографического контроля сварных соединений /Шарова A.M.^ Синица А.Н., Выборненко С.И., Давыдков A.A., Скрябина Г.И.

67. Положительное решение по заявке № 4748906 от 29.11.90 г. Способ магнитографического контроля /Шарова А.Ы., Выборненко С.И., Давыдков A.A., Князевич С.Б.

68. Положительное решение по заявке № 4748394 от 28.12.90 г. Способ магнитографического контроля сварных соединений /Шарова А.Ы., Синица А.Н., Выборненко С.И., Кошманова Н.П.

69. Положительное решение по заявке № 4765061 от 28.03.91 г. Устройство для магнитного контроля /Шарова А.Ы., Москалев C.B., Выборненко С.И., Давыдков A.A.

70. Положительное решение по заявке № 4787393 от 26.04.91 г. Способ магнитографического контроля сварных соединений /Шарова А.Ы., Синица А.Н., Давыдков A.A., Выборненко С.И., Стрельскан М.А.

Подписано в печать 26.11.91г. Заказ 146.Тираж 100_

Группа электрографии НЮ ЩИЭТгШ.Шарикоподщипниковская ,4.