Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла

Сварка существует более 100 лет, а самый главный фактор, определяющий надежность сварного соединения — распределение остаточных сварочных напряжений — до сих пор не контролируется из-за отсутствия методов НК, пригодных для использования в практике. В статье показана связь между параметрами собственн...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автор:	Дубов, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2011
Назва видання:	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102496
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла / А.А. Дубов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-102496
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1024962016-06-13T03:03:13Z Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла Дубов, А.А. Научно-технический раздел Сварка существует более 100 лет, а самый главный фактор, определяющий надежность сварного соединения — распределение остаточных сварочных напряжений — до сих пор не контролируется из-за отсутствия методов НК, пригодных для использования в практике. В статье показана связь между параметрами собственного магнитного рассеивания и напряженным состоянием сварных соединений. Представлены критерии оценки состояния сварных соединений по результатам контроля методом магнитной памяти металла. Приведены отдельные примеры ре я зультатов контроля качества сварных соединений. Welding has been in existence for more than 100 years, and the main factor determining welded joint reliability, namely, distribution of residual welding stresses, still cannot be controlled, because of the absence of NDT methods suitable for application in practice. A correlation is shown between the parameters of inherent magnetic dispersion and stressed state of welded joints. Criteria of assessment of the condition of welded joints by the results of control by metal magnetic memory method are presented. Some examples of the results of welded joint quality control are given. 2011 Article Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла / А.А. Дубов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0235-3474 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102496 621.19.13 ru Техническая диагностика и неразрушающий контроль Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Дубов, А.А. Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла Техническая диагностика и неразрушающий контроль
description	Сварка существует более 100 лет, а самый главный фактор, определяющий надежность сварного соединения — распределение остаточных сварочных напряжений — до сих пор не контролируется из-за отсутствия методов НК, пригодных для использования в практике. В статье показана связь между параметрами собственного магнитного рассеивания и напряженным состоянием сварных соединений. Представлены критерии оценки состояния сварных соединений по результатам контроля методом магнитной памяти металла. Приведены отдельные примеры ре я зультатов контроля качества сварных соединений.
format	Article
author	Дубов, А.А.
author_facet	Дубов, А.А.
author_sort	Дубов, А.А.
title	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
title_short	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
title_full	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
title_fullStr	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
title_full_unstemmed	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
title_sort	контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2011
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/102496
citation_txt	Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла / А.А. Дубов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. — 2011. — № 4. — С. 28-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос.
series	Техническая диагностика и неразрушающий контроль
work_keys_str_mv	AT dubovaa kontrolʹkačestvasvarnyhsoedinenijsispolʹzovaniemmagnitnojpamâtimetalla
first_indexed	2025-07-07T12:25:01Z
last_indexed	2025-07-07T12:25:01Z
_version_	1836990964137197568
fulltext	УДК 621.19.13 КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАГНИТНОЙ ПАМЯТИ МЕТАЛЛА А. А. ДУБОВ, д-р техн. наук (ООО «Энергодиагностика», Москва, РФ) Сварка существует более 100 лет, а самый главный фактор, определяющий надежность сварного соединения — распределение остаточных сварочных напряжений — до сих пор не контролируется из-за отсутствия методов НК, пригодных для использования в практике. В статье показана связь между параметрами собственного магнитного рассеивания и напряженным состоянием сварных соединений. Представлены критерии оценки состояния сварных соединений по результатам контроля методом магнитной памяти металла. Приведены отдельные примеры ре- зультатов контроля качества сварных соединений. Welding has been in existence for more than 100 years, and the main factor determining welded joint reliability, namely, distribution of residual welding stresses, still cannot be controlled, because of the absence of NDT methods suitable for application in practice. A correlation is shown between the parameters of inherent magnetic dispersion and stressed state of welded joints. Criteria of assessment of the condition of welded joints by the results of control by metal magnetic memory method are presented. Some examples of the results of welded joint quality control are given. Для объективной оценки надежности сварных со- единений недостаточно выявления дефектов с оп- ределением геометрических размеров и мест их расположения. Необходима интегральная диагнос- тика с учетом напряженно-деформированного сос- тояния, позволяющего определить степень опас- ности дефектов и, в конечном итоге, достоверно оценить надежность сварного соединения и при- нять решение об его ремонте или замене. В настоящее время в России разработан и ус- пешно внедряется в различных отраслях промыш- ленности принципиально новый метод диагнос- тики металла изделий и сварных соединений, ос- нованный на использовании эффекта магнитной памяти металла (МПМ). Метод МПМ — метод НК, основанный на ана- лизе распределения собственного магнитного по- ля рассеяния (СМПР), сформировавшегося естес- твенным образом в процессе сварки. Путем счи- тывания СМПР предоставляется уникальная воз- можность выполнять интегральную оценку фак- тического состояния сварного шва с учетом струк- турной неоднородности, распределения остаточ- ных напряжений и дефектов сварки. Одной из важных и сложных проблем совре- менного НК качества сварных соединений разных типов является поиск и определение в них «сла- бого звена» в единой комплексной системе фак- торов «структурно-механическая неоднород- ность—дефекты сварного шва—конструктивный и технологический концентратор напряжений», т. е. зон с высокой неоднородностью напряженно- деформированного состояния или зон концент- рации напряжений (ЗКН). Это важно как при из- готовлении сварных соединений, т. е. непосред- ственно после сварки для оптимизации техноло- гического процесса, так и при их эксплуатации. Традиционная дефектоскопия, ориентирован- ная только на поиск несплошностей в сварных со- единениях, не может обеспечить достоверную оценку их качества. Кроме того, проблемными за- дачами традиционной дефектоскопии являются контроль угловых, тавровых, тройниковых свар- ных соединений, соединений контактной сварки, тонких пластин. Опираясь только на результаты дефектоскопии, технологу-сварщику трудно вы- являть причины дефектности шва и совершенс- твовать технологию сварки. Очень важной и актуальной проблемой является также контроль остаточных напряжений (ОН) до и после термической обработки сварных соединений, при выполнении различных технологических нап- лавок, контроль ОН в результате коробления. Анализ известных методов НК остаточных напряжений сварных соединений позволяет зая- вить об их непригодности к широкому практи- ческому внедрению прежде всего из-за большого объема подготовительных работ (зачистка повер- хности с удалением валика шва, построение та- рировочных графиков и др.). Обобщая сказанное, можно сделать вывод, что на сегодня не существует ни одного метода и при- бора НК для оперативного контроля качества сварных соединений, позволяющих без специаль- ной подготовки поверхности определять слабое звено в единой комплексной системе «концент- рация напряжений—дефект». В этой связи метод МПМ представляет боль- шие практические возможности прежде всего как инженерный метод экспресс-контроля качества и как метод комплексной оценки сварных соедине- ний по магнитным полям рассеяния, возникнове- © А. А. Дубов, 2011 28 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 ние которых обусловлено формированием оста- точной намагниченности в процессе сварки. Формирование магнитной (доменной) структу- ры в сварных соединениях происходит одновре- менно с кристаллизацией при остывании металла в магнитном поле Земли и прохождении через точку Кюри (для железа ~ 768 °С). На возника- ющих дефектах сварки образуются узлы закреп- ления доменных границ с выходом на поверхность сварного шва в виде СМПР. Таким образом, путем считывания СМПР, которые формируются в про- цессе сварки, нам предоставляется возможность выполнять интегральную оценку фактического состояния сварного шва. Одновременно с дефек- тоскопией предоставляется возможность выпол- нять оценку напряженно-деформированного сос- тояния сварного соединения. Контроль осуществляется с использованием специализированных приборов. На рис. 1 предс- тавлена схема контроля стыковых сварных сое- динений труб. Зачистки и какой-либо подготовки поверхности сварного шва не требуется. При кон- троле используется естественная намагничен- ность, сформировавшаяся в процессе сварки. На рис. 2, а показано типичное распределение остаточных напряжений на сварном соединении пластин, на рис. 2, б — распределение тангенци- альной составляющей магнитного поля рассеяния Hp x, которое фиксируется при контроле методом МПМ. Из рисунков видна хорошая качественная сходимость этих распределений. На рис. 3 представлены результаты измерения нормальной составляющей поля Нр, характеризу- ющей распределение остаточных напряжений и деформаций после сварки двух одинаковых плас- тин. Пластины в процессе сварки были свободны и прогнулись немного вверх. Распределение поля Нр в рассматриваемом случае наглядно показы- вает влияние геометрических размеров пластин и их коробления на уровень и характер распреде- ления остаточных сварочных деформаций и нап- ряжений. На рис. 4, а показано распределение поля Hр на сварном соединении трубы, зафиксированное в ЗТВ шва, на рис. 4, б — распределение оста- точных напряжений, измеренное на сварном шве рентгеновским дифрактометром в этих же зонах. Рис. 1. Контроль стыковых сварных соединений труб четырехканальным датчиком прибора ИКН-1М-4: 1–3 — феррозондо- вые преобразователи сканирующего устройства для регистрации поля Hр на поверхности сварного шва; 4 — феррозондовый преобразователь для отстройки от внешнего магнитного поля Нр; 5 — колеса привода измерителя длины; Δlб — базовое расстояние между феррозондовыми преобразователям Рис. 2. Типичное распределение остаточных напряжений на сварном шве пластины (а); распределение поля Hp x перпендику- лярно сварному шву пластины (б): 1–3 — разные сечения пластины; ЕС — зона термического влияния; D — центр шва ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 29 На рис. 5 представлены результаты контроля участка сварного стыка паропровода (диаметром 273×32, 12Х1МФ) с применением метода МПМ и анализа макроструктуры шлифа. Рассмотрим далее возможности метода МПМ при контроле контактной сварки. В мировом опыте НК до сих пор не решена проблема контроля качества контактной точечной сварки соединений различных узлов оборудова- ния. Эта проблема особенно актуальна для серий- ного или массового производства и при сварке особо ответственных элементов. В этих условиях, когда на надежность соединений контактной свар- ки влияет множество факторов, необходим метод НК, который бы интегрально оценивал состояние металла сварного соединения. В 2001 г. ООО «Энергодиагностика» и южно- корейской фирмой LG разработаны способ и ус- тройство для контроля контактной сварки клапана с поршнем с использованием метода МПМ.Рис. 3. Результаты измерения нормальной составляющей по- ля Hр, характеризующей распределение остаточных напряже- ний и деформаций после сварки двух одинаковых пластин Рис. 4. Напряженно-деформированное состояние сварного соединения трубы (диаметром 160×8мм, Ст3) по результатам контроля: а — методом МПМ: H1 и Н2 — распределение напряженности магнитного поля Hр соответственно по первому и второму каналу измерений; б — рентгеновским дифрактометром: 1–8 — точки измерения напряжений рентгеновским диф- рактометром симметрично с двух сторон шва по ЗТВ; I, II — результаты измерений напряжений, соответствующие полю H1 и Н2 Рис. 5. Результаты контроля участка сварного стыка паропро- вода (диаметром 273×32, 12Х1МФ) с применением метода МПМ и анализа макроструктуры шлифа Рис. 6. Общий вид поршня и клапана в виде пластиниы 30 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 При оптимальном качестве сварки обеспечива- ется сварное соединение поршня диаметром 4,5 мм и шириной шва не более 0,5 мм. Контак- тная сварка выполняется электродом конической формы с использованием инверторного режима сварки. Общий вид поршня и клапана приведен на рис. 6. Клапан выполнен в виде тонкой плас- тины толщиной 0,3 мм. На рис. 7 представлены результаты контроля методом МПМ кольцевого сварного соединения контактной сварки клапана с поршнем, исполь- зуемым в компрессорном производстве. Эпюры распределения магнитного поля Hр, из- меренные вдоль периметра сварного шва, характе- ризуют недогрев металла (рис. 7, а), перегрев (рис. 7, б) и оптимальное качество сварки (рис. 7, в). Для решения задачи по выявлению оптималь- ного качества сварки клапана с поршнем разра- ботаны специализированный датчик и алгоритм обработки результатов контроля. Критерии отбраковки по методу МПМ в ходе выполнения экспериментальных работ подтверж- дались разрушением образцов при испытаниях на циклическую прочность и металлографическим исследованием. В таблице приведены результаты сравнитель- ных испытаний промышленных образцов мето- дом МПМ и на циклическую прочность (Kср — cpeднee значение градиента магнитного поля, рас- считанное по результатам измерений поля на сварном соединении и в центре пластины). Испытания на циклическую прочность сварно- го соединения выполнялись на специальной ус- тановке, имитирующей работу клапана. Качест- венное (оптимальное) сплавление клапана и пор- шня должно было выдержать 108 циклов нагрузок. Этому значению циклов нагрузки стабильно со- ответствовало значение Kср = 20…21⋅103 А/м2). В этих сравнительных экспериментах была достигнута эффективность контроля 96 %. На первом этапе контроль качества контактной сварки выполнялся с использованием метода МПМ и специализированного датчика в «ручном» варианте, на втором были разработаны критерии отбраковки, специализированный программный продукт и установка по контролю контактной сварки поршней с клапанами. На рис. 8 приведены результаты классифи- кации качества сварки клапана и поршня по зна- чению коэффициента Kср (выделена область, со- ответствующая оптимальному качеству сварки). Обработка результатов контроля, представленных на рис. 8, выполнена с использованием програм- много продукта. На рис. 9 представлена схема контроля порш- ней с использованием специализированного дат- чика и приборно-компьютерного комплекса. От- браковка поршней по качеству контактной сварки Сравнение результатов контроля сварки методом МПМ и результатов испытаний поршней на циклическую прочность Непровар (несплавление) Качественное сплавление (норма) Перегрев металла Номер поршня Kср Результаты испытаний Номер поршня Kср Результаты испытаний Номер поршня Kср Результаты испытаний 4 16,0 6,3  106 1 20,0 9,87  107 2 25,0 6,8  106 18 10,0 1,9  107 9 21,0 1,27 108 3 18,0 1,03  107 20 12,0 3,5  107 10 20,0 1,5 108 5 28,0 6,5  106 21 10,0 3,7  107 11 20,0 1,08 108 6 24,0 3,9  106 22 14,0 1,2  107 12 21,0 9,98 107 7 25,0 4,5  106 23 11,0 3,6  107 13 22,0 1,7 108 8 25,0 6,7  106 24 16,0 3,9  107 14 20,0 9,8 107 17 33,0 1,07  107 25 17,0 1,89  107 15 21,0 1,3 108 - - - - - - 16 21,0 1,18 108 - - - - - - 19 20,0 1,29 108 - - - Рис. 7. Эпюры распределения магнитного поля Hр вдоль кольцевого сварного соединения контактной сварки клапана с поршнем: а — недогрев металла; б — перегрев; в — оптимальное качество сварки ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011 31 в этой схеме может осуществляться автоматичес- ки при движении поршней в поточной линии в соответствии с магнитными критериями, получен- ными в ходе экспериментальных исследований. В технологии контактной сварки широко при- меняется робототехника, а в НК до сих пор при- меняется выборочная проверка отдельных точек сварки путем удара на отрыв. Представленный пример решения задачи конт- роля поршней для фирмы LG наглядно демонстри- рует потенциальные возможности метода МПМ и соответствующих приборов. Возможна организация автоматического контроля с использованием робо- тов. На первом этапе метод МПМ можно исполь- зовать для отработки технологии контактной сварки и периодической проверки отклонений этой техно- логии от нормы. В настоящее время в энергетике, нефтехимии, газпроме и в других отраслях промышленности России на основе метода МПМ разработаны и применяются на практике более 40 руководящих документов Ростехнадзора. В 2010 г. на основе международных стандартов ИСО по методу МПМ Росстандартом на терри- тории России введены в действие стандарты [1–3]. Аналогичные национальные стандарты по ме- тоду МПМ на базе международных стандартов ИСО введены в действие в Польше, Украине, Ки- тае, Монголии. Метод МПМ и соответствующие приборы контроля используются более чем на 1000 предприятиях России. Кроме России метод опробован и внедрен на отдельных предприятиях в 30 странах мира. В Москве, начиная с 1996 г., действует россий- ский и международный центр подготовки специа- листов по методу МПМ (независимый орган по ат- тестации персонала в области НК НОАП НК ООО «Энергодиагностика»). В 2010 г. экспертным советом Ростехнодзора метод МПМ включен в перечень основных маг- нитных методов НК, рекомендуемых к примене- нию на опасных производственных объектах. 1. ГОСТ Р ИСО 24497-1–2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 1. Термины и определения. 2. ГОСТ Р ИСО 24497-2–2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 2. Общие тре- бования. 3. ГОСТ Р ИСО 24497-3–2009. Контроль неразрушающий. Метод магнитной памяти металла. Часть 3. Контроль сварных соединений. Поступила в редакцию 29.07.2011 Рис. 8. Классификация качества сварки клапана и поршня Рис. 9. Схема контроля поршней с использованием специали- зированного датчика и приборно-компьютерного комплекса 32 ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА И НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ, №4,2011

Контроль качества сварных соединений с использованием магнитной памяти металла

Репозитарії

Схожі ресурси