автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.11, диссертация на тему:Способы и средства метрологического обеспечения магнитографического контроля сварных соединений

МОГИЛЕВСКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ УДК 620.179.14

Г Г Б ОД

1 з Г.-^П ш

СИНИЦА Александр Николаевич

СПОСОБЫ И СРЕДСТВА МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАГНИТОГРАФИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

05.02.11.- Методы контроля и диагностика в машиностроении

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидат;! технических наук

Могилев 1996 г.

Работа выполнена в Могилевском машиностроительном институте

Научные руководители - доктор технических наук, профессор

Шарова Александра Михайловна

кандидат технических наук, доцент Куликов Валерий Петрович

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Козлов Валерий Сергеевич; кандидат технических наук Кусакин Николай Алексеевич

Оппонирующая организация - Московский энергетический

институт

Защита состоится мая 1996 г. в 10-00 на заседании Совета по защите диссертаций К 02.18.01 в Могилевском машиностроительном институте по адресу: 212005, Могилев, ул. Ленина, 70.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Могилевско-го машиностроительного института.

Автореферат разослан" 16" апреля 1996 г.

Ученый секретарь Совета по защите диссертаций кандидат технических наук

И.М. Кузменко

ОЕЩДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность раОотн. Эффективность неразрушэшого контроля в значительной степени зависит от достоверности полученной информация, ее сопоставимости, а это невозможно обёспечать без эффективного метрологического обеспечения (МО) средств контроля. Теыичзгши средствам»!, исподьзовакио которых входит в комплекс .'»рокркятвЯ по нерззруизющего контроля, являются стандартные . оорпзцн (СО), с иомсщьа которых осуществляется настройка средств неразрушающего контроля (НК).

При анализе нормативных'документов по различии?,! вилам НК, Пуоижз'зй, посвященных цх развитию, прослеживается связь между уротзгом ;/о отдавшее видов и »«толов контроля и объемом их • при-кеиеккя з прода&ячностк. Сох'ласно данным, приводимым в ■ работах И.Г.Леонова и З.С.Никифоровой, наиболее полно тятрологичестя •бесдачеян р-укацаонный, акустический и внхретоковый виды НК, & гт. 23 мй)'нз?тогг*рошковый метод. В СНГ, и в частности в Республи-э Беларусь, наиболее широкое применение находят именно эти вида 1 метод НК. Для них разработан ряд СО, позволящих обеспечивать •динство и требуемую точность измерений. Например, для радиационной дефектоскопии используют канавочный и проволочный, эталоны, :гри акустическом контроле - комплект образцов ГС0-1,ГС0-2,ГС0-3.

В области магнитографического контроля (МГК) такжз трется звязь мевду объемом его применения и уровне МО. Hecvoipa in 5осто;шства НТК (простоту, высокую производительность, низкий wc/од материалов, часта он является единственно приемлемым) ши~ )с::ое внедротле магктогрзфии сдордиовтся ряден причин. {.С.Козлов, З.Е. Щербинин, А.!Д.Шарова отмечазт, что основными ж-. r/s ягдявтея НИЗК8Я - (по ергвказов с радиационными метода?«:; :уг.с?витедьность к помехоустойчивость при контроле сварках совда-с-ш!й. Вместе с тем, и уровень метрологического обеспечения МГК иже, чем, например, в радиационном или акустическом контроле.

В частности, настройка магнитографических дефектоскопов МГД) согласно ГОСТ 25225-82, проводится на испытательных образах, представляющих собой фрагменты объекта контроля и ге/ездих скусственние ели естественные дефекта. .. - ' '"

Тек как при tiTK основным источником информации о наличии эфокта является его магнитное поле, большое влияние на формиро-ание которого оказывают геометрия OK, размеры н коардината рас-злоясения дефекта, то для кьздого контролируемого изделия необ-

2 . .

ходило изготовить свой СО. Изготовить единичные СО несложно. Труднее добиться постоянства воспроизводимых ими значений физической величины при большом разнообразии СО. Кроме того, в про-мышюнности требуются СО, в которых размеры дефектов изменяются в широких пределах. Все это создает, сложные научные и технические проблемы при разработке в использовании СО. К тому же., создание . множества СО „требует больших материальных затрат.

В связи с изложенным, для более широкого внедрения МГК в промышленности/ наряду с проведением работ по повышению чувствительности и помехоустойчивости метода, актуально и повышение уровня его МО. В частности, актуально создание универсального СО, способного в широких пределах изменять параметра дефекта и валика усиления сварного шва, и, вместе с тем, обладающего высокими однородностью и стабильность».

В связи с этим, представляет интерес проведение комплекса НИР по созданию способов и средств метрологического обеспечения МГК сварных соединений, чему и посвящена настоящая работа.

Работа__выполнена согласно межвузовской (стран СНГ)

комплексной программе "Неразрушающнй контроль и диагностика" по теме "Исследование и разработка способов эталонирования магнитного контроля сварных соединений" (ИГР 199529 от I2.0I.95r.), а так же согласно Республиканской программе "Сварка", утвержденной комиссией Президиума СМ РБ по вопросам научно-технического прогресса '29.04.93г., как составная часть теш "Провести комплекс НИР, разработать и освоить серийный выпуск магнитографического дефектоскопа (МГД) для контроля сварных соединений" (Я.ГР 19942634 от.5.08.94г.) .

Цэль_работы: создание способов и средств • метрологического обеспечения магнитографического контроля стыковых сварных соединений. ....

Задачи_иссл§20ваний:

- изыскать способы имитации составляющих магнитостати^адкого поля, записываемого на магнитную ленту при магнитографическом контроле свфных соединений и разработать модель' сварного соединения, адекватно отражающую процесс'магнитной записи;

- исследоватй особенности формирования магшжютатических полей и сигналограмм, обусловленных проводниками с током, сопоставить их с полями и сигналогрзммами реальных швов и разработать методику имитации дефектов и швов различных размеров;

-г разработать технологию настройки магнитографических дефекте-

скопов с использованием в качестве имитаторов сварного соединения с дефектом проводников с током;

- разработать конструкции универсального стандартного образца для »этрологичоского оОбспвчеиия мзгщтографкческого контроля сварних соединений;

Рзаключается в эксперкментяльпо-тоо-ретичсском ооозк5В2Нки возможности вшяшаи составляющих .маши-тостатичоского поля, згп'свваемого на магнитную ленту при магип-тогра^чоеком кот роле свзрпшс соединен;;«, полями, обусловленными токами в проводниках (имитаторах лвфпкта и валик? усиления), и разрз'отке па этой оснэзз яглъорсалиюго скосов нясгройк' ^.."лссгрч'лчсспкл. д'ЧчЧЛ'с^огпв ¡1 фэр^уяпрусгеа ложениями:

- иа ОСиОйО ЬСмивип МО Пил й мярн«ТТ*КЯ

рас-ш"а Ысгплтостатичвского поля 'валика усиления варного шва и показано, что топография ого поля не изменится, Ьли валик заменить проводниками с током;" показано, что распределение■ магштаетатического поля над . митаторами валика усиления и "дефекта аналогично распределении Iоля над реальным сварным: соединеием с дефектом, на основании чего разработан способ эталонирования магнитографического контроля и универсальный стандарт(шй образец для настройки лчччкгоигз ::от;, ьзрьпрс;..."'.^ параметры и

валика усиления ь ч^у-чьпх прудзлзх;

- зокззано, 2 кзч^тз': рзхт>,'2 нч^-чнччлвзчи:: при г.-.зпгнтс -з:чч<;скс;,! ;'.о,!-1рол"' с::':.ч:ч>: оо:-ололу'-г К'"~чл:,:.'0,>8ть

гйпгдщаадьпую составлюI/-::- поля на погер::-

. зет:: • основного чго позвол.к-: ''Пзгмлзироззть вчСор ро-

■с:чоз нзмагнпчлвзчлл ;тр;; мзвнн^ч'р&^ичозг-зл.: контроле и нос¡ройсз Хбфоктоскопсв;

- получены мзте^лтг.^с'сг.пе вырезания, использование которых юзволяет выбирать значения силы тока в проводниках при которых •митрруетоя евзртгг" со~г~"~т.:~ с- д^к'.гч.

врзкгич^гчря^звй'всоз.'ь излученных рэг;,лзтзг'зз• РсзрзСслзнч •кпььрсалылл:: с.'авдар'хна'й образец и способы настройки .мапшто-рафических дефектоскопов, использование которых обеспечивает !ДШ)ство'измерений. УнивесалъныЯ стандартный образец обладаэт осокой однородностью ч стабильность"!, ттоззолке'т якйткройзчь парные соединения с различными ра?,7:-;р;;'.з; дефектов, основного :етзлла, валика усиления сварного щаа. Ото дает возможность

огквзатьря от большого количества стандартных образцов при магнитографическом контроле сварных соединений, а пользоваться лишь :г-- образцом варьируя,"по дара надобности, параметры шва и дефекта. Указанные способа и средства метрологического обаспочония 1штахогрй£ачоскогэ контроле шктанн в прогзводственных условиях и внедрены на ОДНОМ ИЗ ПрЭДПрПЛТиЯ ¿гыКСВД» с методикой контроля и шшигшвеюаям устройством с гедзыи 8кон^ьшччс:--им еффэктом 240000 рублей (в ценах 193? г.). На основа Енполаенных разработок могут быть Еноеекз изменения в стандарт на прсээдение кагаитографияэского контроля.

Эковомичэския значимость подученных результатов. Разработанные способы и сродства настройки магнитографических дефектоскопов кзгут являться.коммерческим продуктом. По ним может быть напаавЕО производство универсальных стандартных образцов. Техническая документация икается.

Основные полоканкя диссертацииг выносилые на защиту: • способа настройки «агаятографкчвсквх.• 'дефектоскопов в.. основу которых положена. нотация составлякапх ыагнптостатичоского поля, записываемого на кагнитзуа лепту, полями проводников с током, позволившие создать универсальный стандартный • образец, обладающий высокой.однородностьи и. стабильностью и гарантиружий единство измерений; ■ "

- способ -визуализации -кагнитостатических полей над сварным соединением и его имитатором, с использованием магнитопороаковых фигур, .позволившей провести предварительную проверку эффективности универсального' стандартного образца с имитаторами дефекта и валика усиления; . *

- математическая модель для расчета магештостатическаго поля валика усиления сварного шва,'позволившая заменить валик, усиления проволокши с током;

- математический додели- для расчета -дагаитостаткческлх полей иштатороз дефекта и валика усиления сварного газа-, позволивши нрослэдать основные закономерности формирования етих полей;

- ракошдацаи по, выбору раздав© намагничивания при ыагнитогра-фичзеяэм контролэ сварах' соединений с толвдной оснобного металла 3-10 ш, позволяет оптимизировать быбор рекшлов . намагничивания вря контроле и настройке дофоктоскошв;

- результаты исследований магнитостатических солей и , сигналов,. ооусловягнаах дофохтюи ешотгёоота, валиками усиления сварных швов и их имитаторами при ШС, позволившие определить- силу тока

в проводниках при имитации сварного соединения с дефектом; - конструкция универсального стандартного образца для настройка магнитографических дефектоскопов.

Лкчшй вклад_ соискателя. 3 работах, опу&жову----. с соавторами, результата кэтэркх' вошла 3 даосоргацию, евдар. участвовал тга тхо" отгл^х v:Í 'випоиениа. Рукогодател:) а; „•&.".■.!■-:млт оО::пя идея рг-'о-лг. 1'г>ор?тнч;ск:;0 и .г-с^эр'^чт-;í'V-kí-; до^ги^, 2иадр0Ш0 приводились автором самостоятадтчад. '

¿пробзцрл_ М.-лст?. "'хсорггил^р^о:! p-:or л-

г í!0cys;n;i«:of, ¡;a Ш 5}есеа«г:ей, КОИФврвНШШ írsr^cc:"^ 'í.®,Xv>«a ^СПТ- X :я",

:"r.í p"j)"^ci<, l?90: Pe- ^снГос-г ■

. ** :oEopsaor£osa^so сущйс^ауыцих и создание новых рэсурсо-сберегакщих ' технологий и оборудования в мяпшппФтотг'. ■

сваиичнлм пг^тар-пл-'-^-. - шг»», 19?»: ичуп??-

1оаничйсксй конференции стран СНГ "Производство и надежность сварных конструкций", Москва, 1993; .XIII научно-технической конференции стран СНГ "Нэразруманциэ физические методы и сродства контроля", Санкт-Петербург, 1993;- Областной научно-тохничэской конференции "Ученые и специалиста народному хозяйству", Могилев, • 1993; Республиканской каучно-практичзской конференции . "Метрология - 94", Минск, 1994; Российской о . мээдународпым участием научно-технической конференда. "Егразряпанзаий хочтрпяь » нзукз TOmycTpS'a-^''. Morroa, 1934; Г^сг;уоликглсксй ньучно-:4y:í.n"s кок^ро^цщ' "Проблема качества и яадспгостл м&.игн", т-,

I&v54; -чк-усоргкоЛ: пгутпо -техЕпесчсс?. к-ятйр-ъпш с-ераи ;«-7 "Сс^лзшпгз nztom п средств" элгкхршошп'гл'о контроля г;

сйгклар-u "Оборудосэки гахетлогы

эдсгза" и "Саятазкок» г.г.'т'д5! ксн^олл" йэк^ёзског') .'.е.ия'л-с троительного :шс тктута.

Олуолш:овгкг?оск- результат:^. оргэшзсз еяуухааз дассвр-ía-цш отрггйно в 13 научных работах, в лш'число в статье з зурна- -»» , II тезисах ron •■■■> ¡; cur-

13" л.ггвэх а катенгах sit, -¿■dcCvz'wv'si.

Оарткедрз .н„ортам работа, Дксзркяяя сосгсй? ггэдагая, ооцэй xapaittoiíaci'ükh работа» тотщих гляз, рыеодоз» списка иитольрованзах яс-сшггов я пгаязязгяЗ. 'Папай cí¿:n дгксзрташш посч-йа««»? i«s еггз-ггь сна садфаг so cij:«-_í;í« оекозяого текста, 7 таблиц, 43 рпсувкоз и 165 бяОдп-згрз^Ч'-скйс ссзлск.

В первой главе рассмотрены требования, предъявляемые к способам и средствам настройки средств НК, проанализированы способы настройки, используемые в радиационном, акустическом, вихретоковом и магнитном видах неразрушающего контроля, проведен анализ влияния параметров дефекта и валика ' усиления сварного шва на поля рассеяния дефекта и валика при магнитном контроле.

Стандартные образцы; используемые при настройке аппаратуры НК, должны обеспечивать аттестуемые характеристики с определенной погрешностью, обладать- однородностью и стабильность», обеспечивать единство измерений независимо от моста и времени их проведения, учитывать мешающие факторы, возникающие при НК. Настройка дефектоскопов должна проводиться по такому искусственному дефекту, который наилучшим образом отражает свойства наибо-лое опасных естественных дефектов. Система настройки долама быть по возможности проста и'доступна. В случае с универсальным СО долзша быть, предусмотрена возможность ' изменения величин аттестуемых характеристик в требуемых пределах.

Анализ развития средств настройки приборов НК показал, что ведется постоянна работа над созданием для каждого .метода контроля универсальных СО, удовлетворяющих всем изложенным выше 'требованиям. Наиболее полно метрологически обеспечена ультразвуковая дефектоскопия, причем ведется постоянная работа по рарра-.ботке новых и усовершенствованию существующих средств настройки дефектоскопов. Большое внимание в этом плане уделяется моделированию контролируемых параметров, что открывает путь •к созданию универсальных средств настройки. Все эти мероприятия, наряду со значительными успехам! в совершенствовании технологии контроля и созданхш новых дефектоскопов, способствуют широкому внедрению ультразвукового контроля в промышленности.

В области вихротокового НК работы по- МО сосредоточены в направлении создания СО, представляющих собой электронные- или физические модели контролируемых параметров. .

В области магнитноЪэ. НК совершенствование МО ведется по пути* создания электронных имитаторов дефектов (феррозондовая дефектоскопия), использования СО с дефектами переменной глубины и моделей дефектов на ферролаковых и металлических лентах (магни-топорошковый контроль).

В области магнитографического контроля ведется, постоянная работа над еозданием универсального СО, который бы обеспечивал возможность варьирования параметров дефектов, валика усиления

сварного шва к толщины основного металла. Однако, создать такой СО не удалось, т. к. при изготовлении его по той же технологии, что и объект контроля (используя сварку) вевозмойно обеспечить

одновременный учет размеров валика и дефекта на одном образце.

Другой путь создания универсального СО для настройки МГД закточартся в моделирование каэдсй составляющей результирующего кзгчитостя-гичзското поля Н.ш, записываемого на магнитную ленту (МЛ), независимо от других, причем, способом, позволяющим изменять величзнш этих состазляших в широких пределах. Решить эту задачу иощ, если испояьзовчть в качестве источников магнитного поля проводники с током. Система тэккх проводников будет представлять собой вкитатор УК. Вследствие того, что основной о дефзксз при ш: является двудаляршй сигнал, обусловленный дефектом, под имитацией в данном случае следует uurihMa'1'ь ш^иййни.« н» t'i'!! лигн , с

и iia/ioi размой, полученной при МГК реальных сварных соединений.

Обоснованием корректности использования в качестве ими-атора дефекта проводника с током является, во-первых, то, что :точнихом любого магнитного поля являются движущие электрические заряды (электрический ток), во-вторых - использование этого явления в математических моделях .'члена-корреспондента AHB Н.Н.Зацепина и М.Ф.Мужицкого, в которых поля дефектов аппроксимированы полями проводников с током.

на царский ноз::с2я;ости дл? сот-данля укпьерсальп^х СО, открываем испол^-говеннем spcoow :л» с ?„кс:<, это исправления не исс.т:«таЕ'''чо. l-i.h. гаизгппп'к ч Л.;/. Шароаой

0 соавтора:,::; стендер: ¡аи .;бпззц;;, в основу котсре-у. яслсйсн указанный было подход, не учитывают влияние вамагкячззси.эгс г;о,ия ча ал:;^туду с::г-н*ла, обусловленного дефекте-', позгол?.-". г проьо-спь п'зСтроЛк; F/ГД только пс позеглюетнмм дефектам и ^достаточно тлю китиру ,-;т поло веюжа усиления сварного ива.

При разработке СО, в котором дефект и валик уешгзпия вва гмитируются проводниками с током, необходимо.иметь полное предо тгк, как из'^ет.тся полл дефектов ч залжов в з<эеп-;к?.-:'Ста от их пяраг/етрсв и режимов ка?.чгнтг"13йк;:я. Часть указанных закономерностей исследована в других работах. Однэко, полу-1енные ими результаты, в основном отражают только качественный еярактер зависимостей мзгнитостатических шлей дефекта и валика усиления о? «г ттзркйтрез. Для доеттшетля пашей цели необходимы

1 количественные соотношения между поляки дефектов и валиков

<

усиления, сигналами, обусловленными ими при МПС, и дефектов и валиков.

параметрами

размещать

используя сегмента,

Во второй глаз* проведен выбор схемы имитатора сварного соединения с дефектом, Т'роведекы предварительные исследования его вффоктивности посредством исследования картины распределения силовых магнитных линий (СМЛ) над сварным соединением и его е.с-татором, обоснованы методика проведения исследований при разработке универсального СО для настройки МГД.

Для имитации сварного соединения при МГК топографии Нта на поверхностях СО и реального сварного шва должны, в идеале, совпадать, что в, свою очередь, ■• требует совпадения топографии составляющих поля Нто (шля дефекта, поля валика усиления, приложенного поля Н0). но предлагается имитировать воздействием на МЛ полем от внешнего намагничивающего устройства, например, электромагнита. При этом поле дефекта можно имитировать проводником круглого - сечения из немагнитного материала с током, назовем его имитатором дефекта (ИД). ИД целесообразно на поверхности бездефектной ферромагнитной пластины.

Имитацию валика усиления предлагается проводить систему из трех проводником с током: цилиндрического имеющего ту же форму, что и валик усиления реального шва, и двух проводников круглого сечения, размещенных под краями цилиндрического сегмента, причем направления токов в последнем и в проводниках круглого сечения противоположны.

Таким образом, универсальный СО должен состоять из следующих основных частей (рис.1):бездефектной ферромагнитной пластины | 4 на поверхности которой рас-

положен проводник 5 (ИД); на

расстоянии Б, равном толщине основного металла ОК, от центра проводника 5 расположен имитатор валика усиления сварного ива (ИШ), состоящий из цилиндрического сегмента 3,

* • под краями которого размещены Рис.1 Схема универсального СО проводники 1,2; ' направление

токов в проводнике 3 и проводил ках I, 2, 5 противоположны; вся система находится . под воз-

& —

действием внешнего поля Н,

о*

о

Для предварительного определения эффективности предложенной схемы универсального СО были проведены исследования ра<-"-дделе-

нил магнитостатического поля над сварным соединением и его имитатором посредством использования магнитопорошковнх фигур, которые позволяют визуализировать картину распределения СШГ при намагничивании исследуемого объекта.

Схема экспериментальной установки изображена на рис.2, ^ Сварной образен 7 (или

— его иглитгтор) рззмеи.еи в

вертикальной плоскости а

Рис.2 Схема установки для исслёдова- ваются вдоль СМЛ, показы-ния картин распределения СМЛ вая их распределение, и,

летке поля над поверхностью объекта.

Результата исследования показал;!» что карти'-з рзспрьдегагая с.'.'л над свзрни.м соединением и ;з.™таторз>;и калача $счя~.гп и де^кта аналогичны. Это подтверждает эффективность :грс.д.:;оз;з;лно2 схемы универсального СО.

При вроведенщ» экспериментов кспользовалг. сьзрпиз обрззаязз стал;: сгЗ л пластины из того ав материала. 8 укгзшшч ссрззйкг оши аахотеенн ксскуствешше дефэкя? з ззде хглаиз. уъзгет'ъл глубины и ширины, вд представляли собой мэдано проводники круглого свчеЯ^Ч /гяяиотппи 0,5; 1С 2 МЯ. В Т'СП? с^стзму у,- 3-х приводатков: дзз мздннх круглого сеч«*пл ^.да«;?-

рог.! 2 «-.'Л и КДаИЩЦЦИЗСЙКЗ 03145822« 23 ЛазУ1И С ХСрД^Л й II стрелой 2,5 мм. Длина ОД и ИШ - 140 им. Для измерения полей дефектов, валиков усиления и их имитаторов истолковали £вррот<зя-доваЛ магнитометр Ф-2М и лоюигюкв щгг&т!*

згн.-зь /эгяжного рельефа врсзодави па гснгл Й-4701 я В-ЗёСо. для сълшахшв информации с лент яслользогег»! .фйвхтесксйл

намагничивается электромагнитом 2. Перпендикулярно поверхности образца X расположена подложка 2 пзмагштыого материала, на которую нанесен ферромагнитный поро-иок 4. При нагнпчивании исследуемого объекта частица порсика сосредотачи-

ВД-ИГ и ШТД-Н. Намагничивание образцов осуществляли при помощи П-образного электромагнита, обеспечивающего Н0 до 1000-М?А/м.

Расчет поля валика усиления проводили используя токовую модель магнетика, а расчет полой ИД и ИШ - применяя метод зеркальных отображений. При обработке результатов экспериментов проводился их регрессионный анализ. Все расчеты проводились на ЭВМ 1ВМ РС АТ 386 КС.

В третьей главе рассмотрены результаты экспериметально-теоретических исследований магнитостатических полей и сигналов, обусловленных дефектом и его имитатором в сварных соединениях со снятым валиком усиления сварного шва.

С использованием метода зеркальных отображений был проведен расчет магнитостатического шля проводника 'с током (ЦД), расположенного на ферромагнитной пластине. Поле Нто, записываемое на 'МЛ, определялось как сумма внешнего поля Н0 и поля Н^д, равного сумме полей, создаваемых током в проводнике и фиктивными токами его зеркальных отображений, от границ ферромагнетика. Расчет показал, что ИД проявляет себя колоколообразным выступом на топограф!та поля Нто. Толщина ферромагнетика и поле Н0 не влияют на Нтад. С увеличе:шем силы тока в ВД наблюдается рост Е1щд. Экспериментальная проверка полученных результатов показала' практически полное их совпадение (различие не более 4-7%).

В цолоа можно сказать, что ИД проявляет себя как дефект сплошности, причем изменение силы тока в ИД аналогично изменению .величины дефекта, т.е. подбирая силу тока в ИД, можно добиться совпадения сигналов, получаемых прл МГК объектов с, реальными дефектами. ' •

Из изложенного следует необходимость проведения исследова-а.'.тьпитуд сигналов, обусловленных дефектами и их имитаторами, для определена условий, обеспечиваемых их имитацию (сипу тока в .>Щ). В результате этих исследований определены оптимальные реки-ми намагничивания (ОРН) при МГК ОК толщиной 3-10 мм для МЛ Ь-3806 и И-4701. В качестве ОРН использвали новый парамметр -тангенциальную составляющую магнитостатического поля на поверхности бездефектного участка СК, которая в первом приближении равна внутреннему шлю'в изделии. Это. позволяет при выборе ОРН учитывать размагничивающий фактор. ОК.

Получены математические выражения для определения сила тока в проводниках при имитация дефекта нужной величины. В графи-

ческом виде это изображено на рис.З. На нем представлены зависимости амплитуд сигналов, обусловленных поверхностным дефектом (ПД), от его величии (правая часть рис.З), и КД от снлк т.;к- з нем (левая часть рис.З). Рис.З представляет собой нсмсгра^.с; :>:17 выбора силы тока в ИД. ....

Делается это следудаим образом. Например, необходимо определить, какой ток следует поопустить по проводнику, «/оба

Л.мВ

а

ч

iï /7Â\

éû i

Л _______I

хж.

j =Sff,W уП

ji.gûIJ rt

■

Рис.З Ноыограммы для выбора силы тока в проводнике при имитация дефекта

икптировать ПД сс-дгчуг "% в СК толщиной •; .'..м ; тил МЛ - И-4701. Ка рис.З из течки л-7" восста-наяливзем перпи н зякуляр до пересечения с. графи-

I'«wm f uuw * ^GwiÎiuuvî iui/i

i wl • Ii<J L-iCil ТОчичИ

проводим горизонталь до пересечения с графиком зависимости А(1),получен-ной для МЛ того 1че типа.

. . « Посла этого, -опустив пер-

пендикуляр на ось абсцисс в леЕой части рис.З, определяем искомую силу тока в ИД.

JlЛ± расе;<:отрзпы рзз.'/.-.^тат..' ^кс^срт'.зьтп./гьг:; -тесрйт;:\тос::их тссладсшясй мжитоста-чческкх no'^'l л сдгнйлс:-:. ::'ус ~o-jr.5izT:.!x дс^октоуя гз сзар-их таз;;, наш::'?.'--;! .,. с--< л /-п-'-гитотора:.'.'.!.

теоретического о^основзы!;: г':

^езо.^'т-гоп с током s .качеств J икнт'.торов r-.^jnrKfj усн.м'лд:;: з: яркого îttîs за сскогз тоглзой дадгял пагнзткха была -j-^:,:гт:носкйД модзл?.. дли расчета ^груксо^зтп^есжгс "'¡wî ^злшч усиления при следующих допущениях: нвпштЕая прошщзегасть вали-

геюор "ж-апс:-^v.c.cv:'. П т^о'.'Л гсо.

с "г;о ïSK;i:.î сорзз-r,:, з тптг:' sic'

л^яоидигд с ивсконечно тонкой накаткой, продольное сечение~ которого совпадает с поперзчшм.сечением ■ валика усиления сварного евз. В гордом витке соленоида течзт к» dl-'tfx. (prîc.-i).

^¿^'"сстзт/ческсто пол л г:,

Д'О

ъ/г

2х/5

_м_| Г - ГС(х,-х) - В(уг

-у) - №(х,-х)+ лу

(х,-х)г+ у2

Характеры топографий Н,^, полученных при расчете, совпадают с характером аналогичных топографии, получешшх другими исследователями.

При расчете тангенциальной составляющей магнитостатического поля ИШ НТ1Ш использовали то обстоятельство, что на МЛ записывается векторная сумма касательных по отношению к МЛ магнитоста-тических полей всех проводников ИШ (рис.5).

Расчет Н^щ показал, что характеры топографий

таш

и Н„

совпадают

Рис.4 Токовая модель валика усиления сварного та Н

. (рис.6). Увеличение силы тока 12 в цилиндрическом сегменте вызывает рост 111^1 на его поверхности. Изменение силы тока I, в проводниках круглого сечопия сказывает существенное влияние лишь на величину положи-

хм & ю о ю га

Рис.5 К расчету Н,

'ТШ1

Рис.6 Расчетные (-) и экспериментальные (о) топографии Н^дд

тельных экстремумов топографии Н^. На основе экспериментальных

исследований установлено, что при соотношении токов 1г/1 =5 на экрана дефектоскопа имеют место сигналя, обусловленные Ш, с такой же амплитудой, как и при НТК реального шва.

Теоретические и экспериментальные исследования магнитоста-тических полей имитатора дефекта в сварных швах, имеющих валик усиления, показали, что на топографии имтатор дефекта проявляет себя колоколооОразшм выступом, с увеличением силы тока в проводнике происходит рост Н^, т.е. имитатор ведет себя аналогично дефекту сплошности.

На основе экспериментальных данных получены аналитические выражения для определения реумов намагничивания при МГК свартх соединений с толциной основного металла 3-10 мл и зыбора силы тока в имитаторах шва и дефекта.

В заключении 4-й глава описала конструкция универсального стандартного образца УСО-1, состоящего из П-образного электромагнита и системы проводников (ИД и КШ), а также технология застройки с его помощью магнитографического дефектоскопа.

В приложении приведены акты испытаний способов и средств МО магнитографического контроля, а также акт внедрения их совместно ; методикой контроля и намагничивающим устройством.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Используете в настоящее время стандартные образцы для метрологического обеспечения магнитографического контроля свар-шх соединений, представляющие собой фрагменты объекта контроля, ге гарантируют единство измерений, т.к. обладают низкими однородностью, стабильностью и универсальностью. Наиболее рациональ-ым путем при создании стандартного образца, лишенного этих не-гастатков, является использование проводников с током, которые :вляются физической моделью сварного соединения и позволяют ими-ирозарь дефекы и швы различных размеров.

2. На основе токовой мот ли магнетика предложена модель варного соединения в которой валк усиления заменен проводни-аот с током, опираясь на это ЕЫСрана схема универсального тандартного образца в котором валик усиления имитируется ци-. шщрическим сегментом и двумя проводниками круглого сечения, азмощенных под краями сегмента: дефект имитируется прсводгпжсм

током, размощетгпгм на бездефектной ферромагнитной пластине.

Для реализации размагничивающего действия .валика усиления направлештя токов в имитаторах валика и дефекта противоположны. Воя система проводников находится под воздействием внешнего намагничивающего поля.

0. Используя способ визуализации магнитостатических полей с применением магнитопорошковых фигур установлено, что распределение силовых магнитных линий над универсальна:.-. сгг.щартнш ояраз-цом аналогично распределению их над реальным сварным соединением..

4. В результате теоретических и экспериментальных исследований магнитостатических полей и. сигналов, обусловленных, дефектами, валиками усиления и их имитаторами в виде проводников с током, установлено,- что имитаторы проявляют ■ себя 'как реальные дефекты и валики усиления: форма топографий их магнитостатических полей совпадают; изменение силы тока в проводнике аналогично изменению величины дефекта. .

5.В качестве режима намагничивания при магнитографическом контроле сварных соединений следует использовать тангенциальную составляющею магнитостатического поля на поверхности 'основного металла,' что позволяет автоматически учитывать, размагничивающий фактор сисиемы "объект контроля - электромагнит" и оптимизировать выбор режимов намагничивания при магнитографическом контроле и настроив дофектоскопов. В результате экспериментальных исследований получены аналитические выражения для выбора оптимальных режимов намагничивания при контроле сварных соединений с толщиной основного металла 3-10 км.

6. На основании экспериментальных данных получены аналитические выражениядля выбора рилы тока в цроводниках при имитации сварнех соединений с 'дефектами различной величины.

7. Разработана конструкция универсального стандартного образца для метролбгическогб . обеспечения магнитографического контроля сварных"соединений и технология настройки дефектоскопов, обеспечивающие сникшие количества стандартных образцов и, как, следствие, уменьшение йатериальных затрат на их изготовле-

' ние.

8. По результатам работа ^получено 6 авторских свидетельств к патентов на изобретения, проведенные испытания .универсальных стандартных образцов и технологии настройки дефектоскопов показали их высокую эффективность. Годовой экономический эффект от

внедрения способов и средств метрологического обеспечения магнитографического контроля совместно с методикой контроля и к^уаг-

кгпгваггзм устройством составил 240 тыс.руб.( з'цепах 1920 т.).

По диссертации опуолясосшш следулцие ребота.

т.чоо-

1. Изрогз Л.Ч.. Синица А-.Н.. Скрябтеа Г.И. Ися»

эт-кго; >'"йва;п:я мадитогро^чос^ого контроле Ф^тослспля.- ISS4, .'¿4.- С.12-23. .

2. Озрэва a.m., Сгогица Л.Н. Особенности iircwKiE"

с еоняо'н^м'дх. к^лчитогра!:;\усккм м^"'/.' Н-'.'разру-

шающие физические методы и средства контроля: - Тез. докл. XII fr^^vor"", - т.-i •• С.т?5 - ТЯв

. D ГМЛТ^ЛП" * I' л.ттг.*».« , IT Hft-miTvllnT 4 Млл Ttö irr\vt р tTT«3

возможности эталонирования магнитографического контроля сварных соединений. // Совершенствование существующих и создание новых ^ресурсосберегающих технологий и оборудования в машиностроении, сварочном производстве и строительстве. Тез. докл. конф.- Минск, 1991.- С. 59. - . •

А. Иарова A.M., Синица А.Н. Новый . подход к метрологическому обеспечению магнитографического контроля.// Производство й ^.--fiTSC-CTa сварил конструкций. ксттф. стрпп СНГ'.

И.; i РЗс.44.

5. Шарова a.m., Сйлвда А.н,, Скрябака г.и. Об з;аяояирс-. магпитогра}7лесчсго контроля. // Учвпна и спеш.'ядисш неродному хоз/лстэт. Той. докл. кснр.- Von-uss. '1093,- C.f'3.

©срооэ а.!!,с:вшз л.н. о нобвх способах ¡угзгокфоршт ■•••.аггг.'лгнх пол:.;: дофйггоз // liopaopyifor::;» С-лж-юс;--^ контр тля. Тез. докл. XXII кскф. егр л "СНГ.- Сазт-Пмарбург, J953.- 0.72.

7. Шарова A.M., Синица А.Н. Исследование способа ьиауа-raianmi jtnwvo rrßffokfnn rmu мягнитнсйл контглпя // Нйрязрушашиэ

■ ср?дс':г<э контре.', з. той. докл. у ill, кзу'п. - техн. ;ссьф, ^¿fXi СНГ.- С^г-Потороург, IS93.- 0.25.

8. Шарова A.M., Синица А.Н., Скрябина Г.И. Создание стандартных образцов для магнитографического контроля . // Ппоблемы качества и надежности машин. Тез. докл.- конф.- Могилев,

9. Иарова A.M., Скрябина Г.И., Скшщз A,FI. Исследование

IS

магнитных полей имитаторов дефектов для магнитографического контроля // Проблемы качества и надежности малиц. Тез. докл." конф. Могилев, Д994.- С, 3S.

10. Шарова A.M., Синица А.Н. Расчет мапштостатических го-лей имитатора валика усиления шварного шва // Неразрушающий контроль в науке и индустрии-94. Тез. докл. конф.- М., 1994.-С.95-96.

11. A.M.Шарова, А.Н.Синица. Исследования и разработка универсального стандартного образца для настройки магнитных дефектоскопов // Метрология - 94. Тез. докл. конф.- Минск, 1994.-С.68.

12. А.М.Шарова, А.Н.Синица. Математические модели для расчета магнитостатического поля валика усиления сварного шва // Современные метода и средства электромагнитного контроля и in применение в промышленности. Тез. докл. VI менвузовской конф. стран СНГ.- Могилев, 1995.- С.27.

13. А.с. 1727043 СССР, №Ш4 G 01 К 2Т/82. Способ магнитографического контроля / А.М.Шарова, А.Н.Синица., С.И.Выборненко, А.А.Давыдков, Г.И.Скрябина (СССР).- й 4756584/23; Заявлено 04.11.89; опубл. 15.04.92, Бш. й 14.- 2 с.

14. А.с. 1797029 СССР. ШШ* 0 01 N 27/82. Способ калибровки ■магнитных дефектоскопов /A.M. Шарова, А.Н. бкницз, Г.И. Лехнович

(СССР).-.» 4917214/28. Заявлено 07.03.91, Опубл. 23.02.93, Бш. & 7.- 2 С. ..>/•. , г.- ; ' '' : V '

15. А.с. 1809377 СССР, МКИ4 G 01 N 27/85. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии / А.Н.Синица, A.M. Шарова, Ю.Я.Грецкий, В.Я. Коконевко . (СССР)й 4838354/23; .Заявлено, 02.01.91; Опубл. I5.04.S3, Бш. Я 14-3 С.

16. А.с. ,'1821727 СССР,МКИ4 G 01 Ш 27/82. Способ калибровки намагниченности магнитной ленты / а.М.Шарова, С.И.Внборкенко, А.Н.Синица, А.А.Давыдков (СССР).- Л 4597177; Заявлено 25.05.89; Опубл. 15.06.93,-Бия. Л 82,-2-С.

17. Пат. 200224S Российской, Федерации. ШШ4 G 01 N 27/82. Устройство для калибровки магнитных .дефектоскопов / А.М.Шарова, Синица А.Н., Лехнович Г.А. (СССР).- £4932734; Заявлено 07.03,91; Опубл. 30.10.93, Бюл.- И 39-40.- 3, с.

18. Пат. 2002251 'РЭ, МКИ4 0 01 Н 27/S5. Контрольный образец для магнитной дефектоскопии /А.Н. Скшща, A.U. Шарова (РБ).~ Я 4547193/28; Заявлено 21.06.91, Опубл.ЗОЛО.ЭЗ, Бзая.Й 33-40.- Зс.

р э 3 ю м э • ,

СПИЦА АЛЯКСА1ЩР М1КАЛАЕВ1Ч

^пзсгЗн к срс~'-1 мвтралаПчнага зсбзсп-ччэш'я '»згн1тагрз;^';зага кентролз зварных злучзин.яу

К-зтр&яагГшао паоьопячзнлз, нс-разоуралигл контроль, зварка, г.гн1тэгрз ¡Дя.

^'з-тз:; дзслздйвзнл.-У з',<?уляеца магнХтагрз Лч:щ мотзд ьнгулсв .¿ьараих злучзнллу. ИыаИ працы з'яуляедца стварэнне посаба> 1 сродкау метралаг!'шага забеспячэння магн1тагряМчнягя оиФр^тл зпзрнпд .злулзпнлу' Ласлгаециа яна ¡гон

тварзша сродкау настройк1 магн1таграф1чных дэфектаскопау, у снаыу як1х лакладзена 1м1тацыя аб'екта кант'ролю (зварнога злу-эння) сХстэмай правадн1коу з токам. Асноуныя .заданы працы рашэ-1ся з выкарыотаннем разл!ковых 1 экспериментальных метадау. Пры азл1ках магн1тастатычшх падеу выкарыстоувал!ся. токавая" мадэль згнэтыка 1 кетад - люстраных адлвстразанняу. Пры правядзенн1 аследавзнняу выкарыстоувал1ся рээльныя зварныя злучэнн1,.медныя эавэдн1к1 з токам, магШтння ступс1 В-ЗгОо 1 И-4701. ' ,ия,?йктя-:сгг.; МЯ-ИГ » Щ7Д-П. Пры сшрецоущ экспериментальных дадзеьих :вволз1.у\,л Зх рзгрэсМкн анализ. У вын!ку прадч зсгрунтаьанл эгчвмзспв 1;,;1такы1 суггрпгзШШ мзгн!т астатгяш'» палеу, ззлЗ--на магнХтиув стухну пр.! !.:а7.;]таграф1ч:шм кантрол!, палн-I, зоумоулепак! тскз-Л V пр«заак5кзх. Кч гэт*й ¡гадстзве рзспра-шсен уа1Бзрсальни стандарт*® узор \ тзхналопя кастроЯк:: 5|'в1т5грзф1чш12 дэфзкдэскопау, вакарыстаниз яки гаранту» тзЗг.еиз вы.мяррнняу 1 дазваляз здчов1ыда-яд вял!каЗ колькасци ?андартт!х узорау пры магн1таграф1чнш«,каитрогз, .а аариотацца )льк1 адщ£ч узорам, змяняючн, кал1 трэба, параметры шва 1 дэ-:кгз. Эазкпчспыя спосаба 1 срэдк] метра паг1-чгагя зпЗеспнчэшш ■арапены на ядгглм з прздерчекствлу сугясаз з мзтоднлзй. кагн1та-)аф1чнага каятролю 1 намагн1чваючым прыладкэннем... На падставе кананых распрацовак могуць быць унесены змяненн1 у стандарт на !звядзенке кзнтролю. Вын1к1 працы могуць быць Еыкарыстаны. при 15Елдзеш1 варгзСуралукага каятродю у иаишисудавзнн!, энзрге-цв, ав1япыйнай прамааюваст.

18

РЕЗЮМЕ

СИНИЦА АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

Способы к среде/! метрологического обеспечения

магнитографического контроля Сг^рют соедпь^жй

Метрологическое обеспечение, неразрушающий контроль,сварка, магштография.

Объектом исследований является магнитографический метод контроля сварных соединений. Паль работы заключается в создании способов и средств метрологического обеспечения магнитографического контроля стыковых сварных соединений. Достигается она за счет создания средств настройки магнитографических дефектоскопов, в основу.которых.положена имитация объекта контроля (сварного соединения) системой проводников с током. Основные задачи работы решались с использованием расчетных и экспериментальных методов. При расчетах магнитостатичесКих полей применялась токовая модель магнетика и метод зеркальных отображений. При проведении исследований использовались реальные сварные соедшшшя, медные проводники с током, магнитные ленты В-3806 и и-4701, дефектоскопы ВД-ПГ, ЦМТД-П. При обработке экспериментальных данных проводился их регрессионный анализ. В результате работа обоснована возможность имитации суперпозиции магнитостатических полей, записываемых на магнитную ленту при ыагнитографэтеском контроле, полями, обусловленшми токаг^и в проводниках. На этой основе разработан универсальный стандартный образец и технология настройки магнитографических"дефзктоскопов, использование которых гарантирует единство измерений и позволяет отказаться от большого количества стандартных образцов при магнитографическом контроле, а пользоваться лишь одним образцом, варьируя, по мере надобности, параметры шва и дефекта. Указанные способы и средства метрологического обеспечения внедрены на одном из предприятий совместно с методикой магнитографического контроля и намагничивающим устройством. На основании выполненных разработок могут быть внесены изменения в стандарт на проведение контроля. Результаты работы могут быть использованы при проведении нэраз-(РУшающего контроля в машиностроении, энергетике, авиационной >• промышленности и т.п. . '

19

SUMMARY

SliiliZA ALBXPIIDEt KIK0LA27ICH

Tc^ls ar..1 sisanc for ~otr jl~zl-:z.Z supp'rt In ic^cic.TVif..-:. te:;tJr^ srjidvi Joints

'>'-xv. irrteal support, ncn(iC'.T..u3ti «e k-v-win/?, r

u.'igr:'" *ov;~.ip!iic testing

'.object of feovirnh is i rvjgr.'-'togr.'iphic lior-c-j .vjluod Joints testing, ine purpose or reCuarU» is to ¿avelop tools and meana ior metrological support In magnetographlc

development o f adjusting tools for magnelographic fla-,? detectors, based on the imitation of the object tested (relded Joint) helped by thesystem of current-carrying conductors. The chief points of the work were solved by using •computation and experimental methods. In computing magnetostatic fields a current magnetics model and the method .of image charges were employed. Real welded joints were tested and copper current-carrying conductors, B-3SQ6 arid 1-4701 magnetic tspes,

' flay,- deteo'^ra v-er^ In trr.v.

:-.<pc-r Lmem?.l ^ato their regression i^alyai.: rauo. r.".:°

rorr-irch work r^s'il tod ir a possibility of ruperpooit: IpIion of ragov'-oslhiic rioic's recorded on the mimetic trt.o during the .7iagriet^gr;rpftic testing fcr the iifids 3Ucuj.rti.ed r.y the current in the conaactors. Cn thin baste a universal star.c'arft nwdel in-i an adjunting • technique for magnetogr&ph?«* /las ¿«tectors 'rave been developed. Thai:- application ensures neaourenent agreement and enable? to give up a large number of standard tools for magnetographlc testing but one, varying, if reeci/y;. ;v.-;1q and flaw parameters. ?he abov::.ir.3ntlo:vjd ',00.13 end t:.-."--n;; for netroiogieal support a:, "-e.il the methodology for magnetographlc testing and a magne tining unit have been Introduced at one of the enterprises. On the basis of the research TOrk done, some changes Into the standard for making t'.-i"-".-.- could be made. The results of the resevirli can tie ^occ for -rri'iestiiictlve testing In mechmlcal engineering, pov.s^ engineering, aircraft indi^iry^etc.