ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.11.2023
Просмотров: 11
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«КАМЕНСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
ВНЕАУДИТОРНАЯ РАБОТА
По предмету: МДК
ТЕМА: вихретоковая дефектоскопия сварки.
Руководитель: Петрушенко Валерий Викторович
Выполнил: Сидоров Сергей
г. Камень-на-Оби
2021г
Оглавление
Введение ...................................................................................................................
Глава 2. Обзор способов изготовления искусственных дефектов в неразрушающем контроле .......................................................................................
2.1 Способы создания искусственных дефектов в образцах для ультразвуковой дефектоскопии ...............................................................................
2.2 Способы создания искусственных дефектов в образцах для визуального и измерительного контроля ..............................................................
2.3 Способы создания искусственных дефектов в образцах для капиллярной дефектоскопии .................................................................................
2.4 Способы создания искусственных дефектов в образцах для магнитной дефектоскопии .....................................................................................
Глава 3. Практическая реализация способов изготовления искусственных дефектов ..................................................................................................................
Заключение .............................................................................................................
3
Введение
Одной из важнейших задач промышленности является повышение качества продукции. Важным средством решения этой задачи является активное использование неразрушающих методов контроля, как при изготовлении продукции, так и при ее эксплуатации.
Неразрушающий контроль (НК) является главным источником информации о состоянии и безопасности сварных конструкций ответственного назначения (резервуаров, магистральных нефтепроводов и газопроводов, оборудования атомных и тепловых электростанций, корпусов судов, железнодорожного транспорта, городских мостов, химических объектов).
Оценка надежности и достоверности различных систем возможна только по результатам контроля на испытательных образцах, содержащих искусственные дефекты известных размеров, формы и местоположения.
Специалисты неразрушающего контроля, обучаются и сертифицируются для умения находить, распознавать, классифицировать дефекты.
Аттестация проводится в соответствии с правилами ПБ 03-440-02 аттестация персонала в области неразрушающего контроля [16]. В зависимости от подготовки и производственного опыта специалисты аттестуются на определенный уровень квалификации. Аттестованные специалисты могут выполнять неразрушающий контроль только теми методами и тех объектов, которые указаны в их удостоверении.
Дефекты, обнаруживаемые специалистами на тестовых образцах, могут быть в виде естественных несплошностей определенного типа, которые встречаются в ходе реального производства. Когда такой образец, с размером и типом дефекта недоступен, то в таком случае используются изготовленные образцы с искусственными дефектами. Характеристики дефектов, такие как место, размер, форма, тип и ориентация дефекта в тестируемом экземпляре, могут быть определены различными методами неразрушающего контроля. 4
Например, в ультразвуковом контроле, это ультразвуковой сигнал, отраженный от дефекта, в капиллярном контроле – индикаторный след, в магнитопорошковом контроле – частички магнитной суспензии в местах дефектов и т.п.
Практикуясь на образцах с искусственными дефектами, специалисты НК приобретают высокую степень уверенности в своих силах, что в свою очередь, подразумевает более надежное подтверждение практических умений в дальнейшем во время обучения, сертификационных экзаменов, непосредственно на производстве.
Исходя из поставленной проблемы, целью магистерской диссертацией является исследование и разработка искусственных дефектов по методам неразрушающего контроля для аттестации специалистов на определенный уровень и квалификацию. 5
Глава 2. Обзор способов изготовления искусственных дефектов в неразрушающем контроле
2.1 Способы создания искусственных дефектов в образцах для ультразвуковой дефектоскопии
Ультразвуковой контроль (УЗК), один из основных методов неразрушающего контроля. Приобрел наибольшую популярность в контроле качества сварных соединений, по сравнению с другими методами контроля качества сварки. Кроме того, для некоторых изделий он стал обязательным.
Суть ультразвукового метода заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы (объемный/плоскостной), вида (точечный/протяженный), глубины залегания. Параметры выявленных дефектов определяются с помощью ультразвуковых дефектоскопов. [21]
2.1.1 Способ закладки несплошности методом платика
Платик это изделиe, которoe применятся для придания закладной дeтали проектного положения, а также проектного утопления в фoрмируемом материале. Его размеры варьируются от 50мм до 150мм, а толщина от 5мм до 50мм. Форма основания платика может быть различной: круглой, квадратной прямоугольной, эллипсообразной. [22]
Для создания искусственного дефекта в одной из половинок свариваемых деталей в определенном месте фрезеруется плоскодонное отверстие необходимого диаметра. В данное отверстие вставляется платик рис. 1а, такого же диаметра. Платик, изготавливают из наплавленного металла желательнее из той же партии электродов, которыми должен завариваться сварной щов. 6
Полученный материал устанавливают на кромку детали и обваривают. Толщину платика выбирают, исходя из условия, чтобы при данной тeхнoлогии сварки не произошло eго проплавление. После обварки платика зaваривают свaрной щов. Размеры платика и будут определяют размеры несплошности (в данном случае плoская нeсплошность типа нeсплавления кромок). Расстояние между дефектами выбирают по закону случайных чисел. [22] Схема закладки несплoщности методом платикa показaна на рис.1.
Рисунок 1 – Введениe несплoшностeй в сварной шов методом платикa:
а – приварка платика; б – заварка сварного шва с платиком
2.1.2 Способ создания усталостной трещины в образце
Для создания усталостной трещины в образце необходимо с поверхности изготавливаемого образца (рис. 2, а) снять цилиндрической фрезой слой металла определенной глубины (в зависимости от требуемой глубины залегания создаваемого дефекта), оставляя в центральной части перемычки (рис. 2, б) шириной на 2 - 3 мм меньше, чем планируемая длина исходной трещины. В центре перемычек создают острый надрез глубиной 1,5 мм. В результате приложения к образцу переменных нагрузок (консольный или трехточечный изгиб) в надрезах инициируются усталостные трещины (рис. 2, в). На начальном этапе роста они развиваются как поверхностные краевые и 7
имеют длину, равную ширине перемычек. Под действием циклических нагрузок трещины прорастают через технологические перемычки и углубляются в тело образца. При этом их фронт начинает приобретать форму полуэллипса.
При достижения определенной длины усталостных трещин становятся больше ширины перемычек на 2 – 3 мм. (рис. 2, г). После получения трещин требуемых размеров циклическое нагружение прекращают. Завершением операции является наплавка слоя металла над созданными дефектами. [22]
Рисунок 2 – Схема создания усталостных трещин в образце
2.1.3 Способ создания искусственного дефекта на наружной поверхность образца с помощью индентора с ножевым выступом
В соответствии с авторским свидетельством 1566265 [23], способ осуществляется следующим образом:
Индентор 1, с рабочим торцом, поверхность которого выполнена в виде цилиндра 2, сопряжен с основанием сфер 3 и 4 и ножевым выступом 5, расположенного вдоль цилиндра 2, образец внедряется в трубу 6, образуя впадину 7 с клинообразным углублением 8. Глубину t внедрения выбирают из условия 1,5< t : t1≤ 2, где t1 - высота ножевого выступа 5. При этом вокруг углубления 8, являющегося инициатором возникновения и продвижения трещины, создается зона пластической деформации с наклепом и структурными изменениями. В дальнейшем трубу 6 с таким дефектом нагружают повторно-8
статической нагрузкой до возникновения трещины и разрушения трубы, при этом повышается точность, так как дефект, вызывающий трещину, аналогичен дефектам труб, наносимым тяжелой гусеничной техникой при строительстве, транспортировке и складировании труб большого диаметра. [23]
Рис 3 – Индентор – вид сбоку
Рисунок 4 – Индентор – вид спереди
Рисунок 5 – Дефект на трубе
Рисунок 6 – Сечение трубы с дефектом А-А 9
2.2 Способы создания искусственных дефектов в образцах для визуального и измерительного контроля
Визуальный и измерительный контроль (ВИК) – это один из методов неразрушающего контроля оптического вида. Он основан на получении первичной информации о контролируемом объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов и средств измерений. [1]
Внешним осмотром проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки и качество готовых сварных соединений. Как правило, внешним осмотром контролируют все сварные изделия независимо от применения других видов контроля. Визуальный контроль во многих случаях достаточно информативен и является наиболее дешевым и оперативным методом контроля.
Визуальный метод контроля, производится невооруженным глазом или с использованием увеличительных луп до 7×. Позволяет обнаруживать несплошности, отклонения размера и формы от заданных более 0,1 мм при использовании приборов с увеличением до 10×. В сомнительных случаях и при техническом диагностировании допускается применение луп с увеличением до 20×. [1, 5]
Перед проведением визуального контроля поверхность в зоне контроля должна быть очищена от ржавчины, окалины, грязи, краски, масла, брызг металла, и других загрязнений, препятствующих осмотру.
ВИК проводят при помощи измерителей и приборов:
лупы измерительные;
штангенциркули;
линейки измерительные металлические;
угломеры;
угольники;
щупы;
шаблоны и др.
10
Визуальный контроль выполняется до проведения других методов контроля. Дефекты, обнаруженные при визуальном контроле, должны быть устранены до проведения контроля другими методами. [1, 4]
2.2.1 Способ создания искусственного дефекта типа – кратер
Возбуждение сварочной дуги производится путем касания торцом электрода поверхности свариваемого изделия с быстрым последующим отводом торца электрода от поверхности изделия. При этом если зазор не слишком велик, происходит мгновенное появление тока и установление столба дуги. При слишком большой скорости сварки, наплавленные валики получаются узкими, с малой выпуклостью, с крупными чешуйками.
Для создания дефекта в сварном шве необходимо медленно перемещать электрод по сварному шву валика, но при этом контролировать подачу тока, для того чтобы не произошло проплавление сварного шва. При слишком медленной скорости перемещения электрода сварной валик имеет слишком большую выпуклость, шов получается неровный по форме, с наплывами по краям.
В конце свариваемой детали необходимо резко оборвать сварочную дугу, вместе, где погасла дуга образуется глубокий кратер рис.7. Кратер может служить показателем глубины проплавления, являющийся концентратором напряжений и зоной с повышенным содержанием вредных примесей. [24]
Рисунок 7 – Дефект сварного шва типа – кратер 11
2.2.2 Способы создания искусственного дефекта типа - подрез
Для создания искусственного дефекта необходимо в свариваемом материале возбудить дугу, растянуть ее и некоторое время удержать на одном месте для прогрева основного металла. Затем постепенно уменьшать длину дугового промежутка, пока не образуется сварочная ванна соответствующего размера. Она должна хорошо сплавиться с основным металлом до того момента, когда начнется поступательное движение электрода в направлении сварки. В процессе сварки необходимо увеличить силу сварочного тока и перемещать электрод вдоль оси шва с небольшими колебаниями, определяя скорость сварки по формированию валика. Подрез образуется в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения рис.8. Устраняют подрезы наплавкой тонкого шва по линии подреза. [8, 9]
Рисунок 8 – Подрезы сварного шва 
2.2.3 Способы создания искусственного дефекта типа - непровар
Непровар в корне шва можно получить из-за уменьшения тока, что, приводит к уменьшению глубины провара основного металла. В процессе сварки электрод по сварному шву перемещают медленно, увеличивая напряжения дуги, и изменяют форму шва. Уменьшение скорости сварки может привести к затеканию металла сварочной ванны перед дугой. При этом металл сварочной ванны не сплавляется с холодным основным металлом рис.9. К этому дефекту так же относят незаполнение сечения шва рис.10. Дефект 12
возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.
Рисунок 9 – Непровар в корне шва
Рисунок 10 – Незаполнение сечения шва 13
2.3 Способы создания искусственных дефектов в образцах для капиллярной дефектоскопии
Капиллярная дефектоскопия – является одним из основных методов неразрушающего контроля и предназначена для обнаружения поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и их ориентации на поверхности. В соответствии с техническими требованиями в большинстве случаев необходимо выявлять настолько малые дефекты, что заметить их при визуальном осмотре невооруженным глазом практически невозможно. В таких случаях наиболее применим - капиллярный метод контроля. [3]
Капиллярная дефектоскопия позволяет контролировать объекты любых размеров и форм, изготовленные из различных материалов: черных и цветных металлов, сплавов, пластмасс, стекла, керамики и т.п. Капиллярный контроль широко востребован при дефектоскопии сварных швов.
При проведении контроля пенетрант наносится на контролируемую поверхность и благодаря своим особым качествам под действием капиллярных сил проникает в мельчайшие дефекты, имеющие выход на поверхность объекта контроля. Проявитель, который наносится на поверхность объекта контроля после удаления пенетранта, через некоторое время растворяет краситель, который остается внутри дефекта и за счет диффузии вытягивает оставшийся пенетрант на поверхность объекта контроля как показано на рис.11.[3, 4]
Рисунок 11 – Схема проявления индикаторных следов дефектов 14
Индикаторные следы в виде линий указывают на трещины или царапины, отдельные точки – на поры.
Индикаторные рисунки, образующиеся при взаимодействии пенетранта и проявителя, либо обладают способностью люминесцировать при воздействии ультрафиолетового излучения, либо имеют цветовую окраску вследствие избирательного поглощения (отражения) части падающих на них световых лучей. Линии индикаторных рисунков имеют ширину от 0,05 до 0,3 мм и высокий яркостный и цветовой контраст с фоном, поэтому рисунок дефекта обнаружить значительно легче, чем сам дефект. Причем обнаружение его тем проще, чем шире индикаторная линия и выше ее контраст с фоном. Индикаторные следы в виде линий указывают на трещины или царапины, отдельные точки – на поры. [4].
2.3.1 Способ создания микротрещины путем изгиба азотированного образца
Согласно авторскому свидетельству №266331 [8] способ изготовления образца для капиллярной дефектоскопии заключается в том что, образец изготавливают в виде пластины определенных размеров и нагружают, создавая в нем зоны концентрации напряжений, вызывающих появление трещин рис. 12. С целью стабилизации глубины получаемых трещин, эталон азотируют на определенную глубину и изгибают его на матрице с помощью пуансона, вызывая появление трещин в азотированном слое.
Недостатком способа является то, что он не обеспечивает необходимой точности изготовления эталонов, так как непостоянство возникающих в образце напряжений вызывает переменную глубину раскрытия в эталоне трещин по их длине; неопределенную плотность распределения трещин на единицу поверхности эталона; кроме того, изгиб эталона в процессе его нагружения проводит к его искривлению (так как он приобретает некоторую 15
остаточную деформацию), что в свою очередь, приводит к произвольному изменению ширины раскрытия трещин по длине.
Рисунок 12 – Образец, с дефектами, полученными при изгибе азотированного образца
Образец 1, выполненный в виде пластины, азотируют на определенную глубину и помещают на матрицу 2. Прикладывая к пуансону 3 усилие Р, деформируют пластину, вызывая появление в азотированном слое микротрещин рис. 13 [7,8].
Рисунок 13 – пластина с трещинами, полученными путем изгиба
2.3.2 Способ создания искусственной трещины в образце
В соответствии с авторским свидетельством1539026 [13], для создания искусственного дефекта заготовляется пластина из азотируемой стали с размерами 50×50×3, поверхности которой шлифуется так, чтобы параметр шероховатости поверхности составлял Ra = 3..4 мкм. В середине сверлят проходное отверстие диаметром 5 мм, рис.7. После этого пластина азотируется 16
(глубина азотирования до 0,7 мм), очищается от окалины мелкой шлифовальной бумагой и кладется на стальное кольцо (внутренний диаметр 30 мм, высота 25 мм, наружный диаметр около 60 мм). На противоположной стороне 20-миллиметровый стальной шар вдавливается с помощью испытательной машины в отверстие с силой около 3 кН, пока треск не укажет на образование трещин в зоне растяжения. Трещины измеряют под микроскопом. Путем повторного надавливания на переднюю или обратную сторону плитки можно управлять раскрытием трещин. Ширина трещин определяется с помощью растрового сканирующего электронного микроскопа при необходимом увеличении. Глубина трещин определяется по поперечным шлифам [8,9].
Рисунок – 14 Образец, с дефектами, полученными при изгибе азотированного образца
2. 3.3 Способ создания искусственного дефекта типа – пора
Для создания искусственных дефектов в образцах использовался участок трубопровода, на котором выполнена разделка под сварку рис. 15. Полученное углубление (паз), завариваетс аргонодуговой сваркой с добавлением в сварной шов кусочков медного провода. В процессе сварки происходит несплавление металла и образуются поверхностные дефекты.
Для выявления полученных дефектов, на образцах проводится капиллярная дефектоскопия. 17
Рисунок 15 – Участок трубы с пазом
2.3.4 Способ создания микротрещины путем закалки образца
Для создания микротрещины был взят, корпус высокоскоростного подшипника (кольцевой формы), изготовленный из штамповой стали с габаритными размерами внешнего диаметра 45 мм, внутреннего диаметра 30 мм, толщины 13 мм. Корпус подшипника был подвергнут аустенитизации при температуре 800 °С., с выдержкой в 30 минут, а затем медленно и равномерно охлажден в масле. После закалки образец подвергается шлифованию и проводится капиллярный контроль образца рис.16 [10].
Рисунок 16 – Микротрещина в образце полученная путем тепловой обработки 18
2.4 Способы создания искусственных дефектов в образцах для магнитной дефектоскопии
Магнитный неразрушающий контроль – метод контроля, в основе которого лежит способность выявления различных магнитных полей рассеяния, возникающих над местом образования дефектов при локальном намагничивании. Индикаторным веществом является порошок с ферромагнитными свойствами или магнитная суспензия. По способу получения первичной информации разделяют на несколько методов магнитного контроля: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффект Холла, индукционный, пондеромоторный, магниторезисторный. [2]
Наиболее распространенным методом магнитной дефектоскопии является магнитопорошковый метод. При использовании метода магнитопорошковой дефектоскопии (МПД) на намагниченную деталь наносится магнитный порошок или магнитная суспензия, представляющая собой мелкодисперсную смесь магнитных частиц в жидкости. Частицы ферромагнитного порошка, попавшие в зону действия магнитного поля рассеяния, притягиваются и оседают на поверхности вблизи мест расположения несплошностей. Ширина полосы, по которой происходит оседание магнитного порошка, может значительно превышать реальную ширину дефекта. Вследствие этого даже очень узкие трещины можно зафиксировать невооруженным глазом. Регистрация полученных индикаторных рисунков проводится визуально или с помощью устройств обработки изображения.[2]
Магнитопорошковый метод позволяет обнаруживать дефекты:
производственно-технологические – образующиеся вследствие нарушения или применения устаревшей технологии изготовления деталей и узлов, использования неисправного инструмента, некачественных материалов, либо вследствие низкого уровня квалификации специалистов.
19
Эксплуатационные – образующиеся вследствие нарушений установленных правил эксплуатации технических изделий, длительной эксплуатации, сроков и правил выполнения регламентных работ.
2.4.1 Способ создания поверхностного и подповерхностного дефекта
Согласно авторскому свидетельству [25], для создания искусственных дефектов используется металлическая пластина из ферромагнитного материала толщиной H. В пластине выполняется отверстие 1 с диаметром d под втулку 2. Во втулке выполняется сквозное отверстие 3 на глубине t диаметром d1 причем d1 от 0,1 H. Сопряжение между пластиной 1 и втулкой 2 образует поверхностный дефект 4, а отверстие во втулке образует подповерхностный дефект 3 на глубине t. В дальнейшем поверхность образца шлифуют. Параметр шероховатости Ra 2.5 мкм по ГОСТ 2789-73 [14]. Стрелками 5 и 6 показывается возможное направление магнитных потоков при намагничивании образца. Схема образца с искусственными дефектами представлена на рис. 17.
Образец с искусственными дефектами работает следующим образом. При намагничивании в направлении 5 образуются отложения магнитного порошка в виде двух полумесяцев на поверхностном дефекте 4, а отверстие 3 во втулке 2 образует отложение порошка в виде линии с меньшей контрастностью (контрастность отложения зависит от глубины залегания t). При намагничивании в направлении 6 также образуются отложения порошка в виде двух полумесяцев на поверхностном дефекте 4, но отложение порошка от подповерхностного дефекта 3 не образуется, поскольку направление магнитного поля совпадает с направлением дефекта. 20
Рисунок 17 – Общий вид образца с искусственными дефектами [25]
Рисунок 18 – Поперечное сечение образца со сквозным отверстием [25]
Целью создания искусственных дефектов является, расширение возможностей использования данного образца за счет одновременного определения чувствительности магнитных дефектоскопов к поверхностным и подповерхностным дефектам.
2.4.2 Способ создания трещин в образце методом шлифования
Заготовку образца изготовляют из стали У10А по ГОСТ 1435-90 [15] в виде цилиндра длиной 250 ... 300 мм, диаметров 25 мм. Закаливают до твердости 60 ... 63 НКС, затем цилиндрическую поверхность заготовки 21
шлифуют. На цилиндрическую поверхность электролитическим способом наносят слой хрома толщиной 0,25 ... 0,30 мм (по технологии пористого хромирования).
Цилиндрическую поверхность заготовки шлифуют на глубину 0,1 мм твердым абразивным кругом без охлаждения при поперечной подаче 0,03 ... 0,05 мм на один двойной ход и продольной подаче 1 ... 3 м / мин. При этом в хромовом покрытии и стальной основе заготовки образуются трещины. Далее заготовку подвергают отпуску при температуре 160 ... 180 °С. С поверхности полученного образца электролитическим способом удаляют слой хрома, после чего заготовку разрезают вдоль оси на две части. При этом получаются два образца со шлифованными трещинами. [2]
На поверхности образцов выбирают зоны с трещинами, ширина которых близка к минимальным размерам трещин, которые предполагается обнаруживать на контролируемом образце. Примерный размер зон 15 × 40 мм. Ширину трещин в зонах измеряют на металлографическом или измерительном микроскопе.
Полученный образец маркируют и подвергают магнитопорошковому контролю. Индикаторный рисунок выявленных трещин фотографируют либо изготавливают дефектограмму образца. На рисунке 19 приведен образец с шлифовочными трещинами. [2]
Рисунок 19 – Шлифовочные трещины выявленные магнитопорошковым методом контроля 22
2.4.3 Способ создания искусственных трещин в штамповой стали методом теплового воздействия
Штамповая сталь относится к особому типу высокопрочных сталей, которая производится в основном для инструментов и деталей машин. Штамповая сталь или инструментальная сталь называется так потому, что она изготавливается литьем в форму, а затем закаляется. Такие стали используют в изготовлении обычных инструментов - отверток и гаечных ключей, а также для деталей машин. Добавление углерода и укрепляющих элементов делает ее крайне негибкой.
Термическая обработка:
Термическая обработка – это процесс, через который проходит сталь для придания необходимых свойств, таких как твердость, прочность и износостойкость. Основными этапами термической обработки для инструментальных сталей являются аустенитизация, закалка и отпуск.
Аустенитизация – это фаза, в которой молекулы в стали устанавливаются в необходимом порядке. В этом процессе обжигаемая сталь, называемая феррит, нагревается до температуры аустенитизации, выдерживается в течении необходимого времени и преобразуется в аустенит. Кристаллическая решетка стали расширяется, что позволяет углероду и другим элементам встраиваться в нее.
Закалка — это относительно быстрое охлаждение стали, до температуры ниже критической. Металл должен охлаждаться достаточно быстро. Замороженные элементы обеспечат сталь необходимыми свойствами, такими как твердость и износостойкость. Распространённые методы закалки включают воду, масло, воздух, соляной раствор и вакуум. После закалки, инструмент остается хрупким, поэтому необходимо перед использованием произвести отпуск.
Отпуск – это процесс повторного нагрева инструмента, после его термической обработки. У этого нагрева множество функций. Это метод
23
достижения необходимой твердости у инструмента, устранение стресса от закалки, а также превращение оставшегося аустенита в мартенсит.
Способ создания искусственного дефекта в штамповых сталях описан в следующем абзаце.
Для создания поверхностных трещин в образце необходимо взять лист стали с размерами 100×50×10 мм, подвергнуть аустенитизации при температуре 800°С с выдержкой 30 минут. Во время аустенитизации могут сформироваться вмятины или трещины, если сталь сжимать или ронять. После процесса аустенитизации сталь необходимо неравномерно охладить при помощи масла или воды. Неравномерное остывание ведет к разности силы закалки и внутреннему стрессу, что в свою очередь ведет к трещинам. В дальнейшем полученный образец подвергают шлифованию для получения тонких трещин. Из-за магнитной природы инструментальная сталь подходит как для капиллярной дефектоскопии, так и для магнитопорошкового метода контроля.
2.4.4 Способ создания дефекта в нахлесточном сварном соединении
Согласно авторскому свидетельству 1809377 [26], образец состоит из нижней 1 и верхней 2 планки, а также имитатора сварного шва 3 в виде прямой трехгранной призмы 3. Выполнен из двух металлических планок, которые укладываются друг на друга внахлест, имитатор сварного шва представляет собой прямую трехгранную призму с основанием в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, катет которого равен толщине верхней планки. Призма выполнена из стали, идентичной по химическому составу реальному сварному шву, дефект типа непровар выполнен со стороны прямого двухгранного угла призмы. Грани призмы шлифуют и со стороны прямого двухгранного угла перпендикулярно противолежащей поверхности фрезеруется канавка шириной 0,5 мм, глубиной 1,8 мм. Укладывают составные части образца, как показано на рис.20. [26] 24
Кроме того, призма может быть выполнена полой из термопластичного материала и имеет дефект 4 типа непровар, полость заполнена магнитным порошком 6, а поверхность большей грани призмы выполнена с неровностями 7, идентичными неровностям поверхности реального сварного шва.
Рисунок 20 – Сечение образца в нахлесточном сварном соединении
1,2 – пластины, 3 – трехгранная призма, 4 – непровар,
Рисунок 21 – Сечение образца в нахлесточном сварном соединении
1,2 – пластины, 7 – неровности сварного шва, 6 – магнитный порошок
Данный способ относится к области магнитной дефектоскопии и может быть использован для контроля нахлесточных сварных соединений.
Целью изобретения является повышение достоверности магнитного контроля нахлесточных сварных соединений. 25
2.4.5 Способ создания искусственного дефекта электроэрозионным методом
Согласно авторскому свидетельству 1810805 [27], образец содержит основу произвольной формы, например пластины 1 с круглым отверстием, в которое запрессована вставка 2 заподлицо с рабочей поверхностью основы. Пластина 1 и вставка 2 выполнены из одной и той же стали, которые находятся в одинаковом термическом состоянии. На стороне вставки, выходящей на рабочую поверхность основы, выполнены две взаимно перпендикулярные прорези шириной T и глубиной L. Выполнение двух взаимно перпендикулярных прорезей позволяет с помощью одного стандартного образца проверять выявляемость дефектов различного направления, если они расположены под углом (90±30)° относительно направления намагничивания.
Часть вставки 2, содержащая прорези, имеет диаметр D1 больше диаметра D2 круглого отверстия в пластине 1 и остальной части вставки. Длина l части вставки диаметром D1, составляет (0.5-0,7)L. После того, как вставка 2 запрессовывается в круглое отверстие пластины 1, на вставке образуется выходящий на рабочую поверхность основы искусственный дефект в виде двух взаимно перпендикулярных прорезей, ширина раскрытия которых определяется по формуле 4
t= T-(D1-D2) (4)
где (D1 – D2)≤ T
Таким образом на рабочей поверхности образца создается искусственный дефект, имеющий заданную ширину раскрытия t, которая меньше ширины Т прорезей на вставке, выполненных электроэрозионным способом до запрессовки ее в отверстие на пластине 1. Ширина искусственного дефекта на поверхности образца определяется превышением диаметра D1 вставки 2 относительно диаметра D2 отверстия на пластине 1 при обязательном выполнении условия D1 – D2≤ T . Чем больше диаметр D1 отличается от диаметра D2, тем меньше ширина раскрытия искусственного дефекта вставки 26
2, запрессованной в отверстие пластины 1. Минимальное значение ширины раскрытия дефекта, практически равное нулю, получается при равенстве D1 – D2=T. Для деформации части вставки 2, длина l части вставки рис.22, имеющей диаметр D1, должна быть меньше глубины прорезей L и составлять (0,5-0,7)L в зависимости от свойств материала образца. Чем выше твердость материала вставки 2, тем больше глубина прорезей. Глубина прорези L должна превышать длину l вставки большего диаметра D1. Для образцов, выполненных из твердых термоупрочненных сталей, должно выполняться условие l
0,5L. Для образцов, выполненных из мягкой стали, находящейся в отпущенном или нормализованном состоянии, достаточно выполнение соотношения l
0,7L. [27]
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АЛТАЙСКОГО КРАЯ КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
«КАМЕНСКИЙ АГРОТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ»
ВНЕАУДИТОРНАЯ РАБОТА
По предмету: МДК
ТЕМА: вихретоковая дефектоскопия сварки.
Руководитель: Петрушенко Валерий Викторович
Выполнил: Сидоров Сергей
г. Камень-на-Оби
2021г
Оглавление
Введение ...................................................................................................................
Глава 2. Обзор способов изготовления искусственных дефектов в неразрушающем контроле .......................................................................................
2.1 Способы создания искусственных дефектов в образцах для ультразвуковой дефектоскопии ...............................................................................
2.2 Способы создания искусственных дефектов в образцах для визуального и измерительного контроля ..............................................................
2.3 Способы создания искусственных дефектов в образцах для капиллярной дефектоскопии .................................................................................
2.4 Способы создания искусственных дефектов в образцах для магнитной дефектоскопии .....................................................................................
Глава 3. Практическая реализация способов изготовления искусственных дефектов ..................................................................................................................
Заключение .............................................................................................................
3
Введение
Одной из важнейших задач промышленности является повышение качества продукции. Важным средством решения этой задачи является активное использование неразрушающих методов контроля, как при изготовлении продукции, так и при ее эксплуатации.
Неразрушающий контроль (НК) является главным источником информации о состоянии и безопасности сварных конструкций ответственного назначения (резервуаров, магистральных нефтепроводов и газопроводов, оборудования атомных и тепловых электростанций, корпусов судов, железнодорожного транспорта, городских мостов, химических объектов).
Оценка надежности и достоверности различных систем возможна только по результатам контроля на испытательных образцах, содержащих искусственные дефекты известных размеров, формы и местоположения.
Специалисты неразрушающего контроля, обучаются и сертифицируются для умения находить, распознавать, классифицировать дефекты.
Аттестация проводится в соответствии с правилами ПБ 03-440-02 аттестация персонала в области неразрушающего контроля [16]. В зависимости от подготовки и производственного опыта специалисты аттестуются на определенный уровень квалификации. Аттестованные специалисты могут выполнять неразрушающий контроль только теми методами и тех объектов, которые указаны в их удостоверении.
Дефекты, обнаруживаемые специалистами на тестовых образцах, могут быть в виде естественных несплошностей определенного типа, которые встречаются в ходе реального производства. Когда такой образец, с размером и типом дефекта недоступен, то в таком случае используются изготовленные образцы с искусственными дефектами. Характеристики дефектов, такие как место, размер, форма, тип и ориентация дефекта в тестируемом экземпляре, могут быть определены различными методами неразрушающего контроля. 4
Например, в ультразвуковом контроле, это ультразвуковой сигнал, отраженный от дефекта, в капиллярном контроле – индикаторный след, в магнитопорошковом контроле – частички магнитной суспензии в местах дефектов и т.п.
Практикуясь на образцах с искусственными дефектами, специалисты НК приобретают высокую степень уверенности в своих силах, что в свою очередь, подразумевает более надежное подтверждение практических умений в дальнейшем во время обучения, сертификационных экзаменов, непосредственно на производстве.
Исходя из поставленной проблемы, целью магистерской диссертацией является исследование и разработка искусственных дефектов по методам неразрушающего контроля для аттестации специалистов на определенный уровень и квалификацию. 5
Глава 2. Обзор способов изготовления искусственных дефектов в неразрушающем контроле
2.1 Способы создания искусственных дефектов в образцах для ультразвуковой дефектоскопии
Ультразвуковой контроль (УЗК), один из основных методов неразрушающего контроля. Приобрел наибольшую популярность в контроле качества сварных соединений, по сравнению с другими методами контроля качества сварки. Кроме того, для некоторых изделий он стал обязательным.
Суть ультразвукового метода заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы (объемный/плоскостной), вида (точечный/протяженный), глубины залегания. Параметры выявленных дефектов определяются с помощью ультразвуковых дефектоскопов. [21]
2.1.1 Способ закладки несплошности методом платика
Платик это изделиe, которoe применятся для придания закладной дeтали проектного положения, а также проектного утопления в фoрмируемом материале. Его размеры варьируются от 50мм до 150мм, а толщина от 5мм до 50мм. Форма основания платика может быть различной: круглой, квадратной прямоугольной, эллипсообразной. [22]
Для создания искусственного дефекта в одной из половинок свариваемых деталей в определенном месте фрезеруется плоскодонное отверстие необходимого диаметра. В данное отверстие вставляется платик рис. 1а, такого же диаметра. Платик, изготавливают из наплавленного металла желательнее из той же партии электродов, которыми должен завариваться сварной щов. 6
Полученный материал устанавливают на кромку детали и обваривают. Толщину платика выбирают, исходя из условия, чтобы при данной тeхнoлогии сварки не произошло eго проплавление. После обварки платика зaваривают свaрной щов. Размеры платика и будут определяют размеры несплошности (в данном случае плoская нeсплошность типа нeсплавления кромок). Расстояние между дефектами выбирают по закону случайных чисел. [22] Схема закладки несплoщности методом платикa показaна на рис.1.
Рисунок 1 – Введениe несплoшностeй в сварной шов методом платикa:
а – приварка платика; б – заварка сварного шва с платиком
2.1.2 Способ создания усталостной трещины в образце
Для создания усталостной трещины в образце необходимо с поверхности изготавливаемого образца (рис. 2, а) снять цилиндрической фрезой слой металла определенной глубины (в зависимости от требуемой глубины залегания создаваемого дефекта), оставляя в центральной части перемычки (рис. 2, б) шириной на 2 - 3 мм меньше, чем планируемая длина исходной трещины. В центре перемычек создают острый надрез глубиной 1,5 мм. В результате приложения к образцу переменных нагрузок (консольный или трехточечный изгиб) в надрезах инициируются усталостные трещины (рис. 2, в). На начальном этапе роста они развиваются как поверхностные краевые и 7
имеют длину, равную ширине перемычек. Под действием циклических нагрузок трещины прорастают через технологические перемычки и углубляются в тело образца. При этом их фронт начинает приобретать форму полуэллипса.
При достижения определенной длины усталостных трещин становятся больше ширины перемычек на 2 – 3 мм. (рис. 2, г). После получения трещин требуемых размеров циклическое нагружение прекращают. Завершением операции является наплавка слоя металла над созданными дефектами. [22]
Рисунок 2 – Схема создания усталостных трещин в образце
2.1.3 Способ создания искусственного дефекта на наружной поверхность образца с помощью индентора с ножевым выступом
В соответствии с авторским свидетельством 1566265 [23], способ осуществляется следующим образом:
Индентор 1, с рабочим торцом, поверхность которого выполнена в виде цилиндра 2, сопряжен с основанием сфер 3 и 4 и ножевым выступом 5, расположенного вдоль цилиндра 2, образец внедряется в трубу 6, образуя впадину 7 с клинообразным углублением 8. Глубину t внедрения выбирают из условия 1,5< t : t1≤ 2, где t1 - высота ножевого выступа 5. При этом вокруг углубления 8, являющегося инициатором возникновения и продвижения трещины, создается зона пластической деформации с наклепом и структурными изменениями. В дальнейшем трубу 6 с таким дефектом нагружают повторно-8
статической нагрузкой до возникновения трещины и разрушения трубы, при этом повышается точность, так как дефект, вызывающий трещину, аналогичен дефектам труб, наносимым тяжелой гусеничной техникой при строительстве, транспортировке и складировании труб большого диаметра. [23]
Рис 3 – Индентор – вид сбоку
Рисунок 4 – Индентор – вид спереди
Рисунок 5 – Дефект на трубе
Рисунок 6 – Сечение трубы с дефектом А-А 9
2.2 Способы создания искусственных дефектов в образцах для визуального и измерительного контроля
Визуальный и измерительный контроль (ВИК) – это один из методов неразрушающего контроля оптического вида. Он основан на получении первичной информации о контролируемом объекте при визуальном наблюдении или с помощью оптических приборов и средств измерений. [1]
Внешним осмотром проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполнения швов в процессе сварки и качество готовых сварных соединений. Как правило, внешним осмотром контролируют все сварные изделия независимо от применения других видов контроля. Визуальный контроль во многих случаях достаточно информативен и является наиболее дешевым и оперативным методом контроля.
Визуальный метод контроля, производится невооруженным глазом или с использованием увеличительных луп до 7×. Позволяет обнаруживать несплошности, отклонения размера и формы от заданных более 0,1 мм при использовании приборов с увеличением до 10×. В сомнительных случаях и при техническом диагностировании допускается применение луп с увеличением до 20×. [1, 5]
Перед проведением визуального контроля поверхность в зоне контроля должна быть очищена от ржавчины, окалины, грязи, краски, масла, брызг металла, и других загрязнений, препятствующих осмотру.
ВИК проводят при помощи измерителей и приборов:
лупы измерительные;
штангенциркули;
линейки измерительные металлические;
угломеры;
угольники;
щупы;
шаблоны и др.
10
Визуальный контроль выполняется до проведения других методов контроля. Дефекты, обнаруженные при визуальном контроле, должны быть устранены до проведения контроля другими методами. [1, 4]
2.2.1 Способ создания искусственного дефекта типа – кратер
Возбуждение сварочной дуги производится путем касания торцом электрода поверхности свариваемого изделия с быстрым последующим отводом торца электрода от поверхности изделия. При этом если зазор не слишком велик, происходит мгновенное появление тока и установление столба дуги. При слишком большой скорости сварки, наплавленные валики получаются узкими, с малой выпуклостью, с крупными чешуйками.
Для создания дефекта в сварном шве необходимо медленно перемещать электрод по сварному шву валика, но при этом контролировать подачу тока, для того чтобы не произошло проплавление сварного шва. При слишком медленной скорости перемещения электрода сварной валик имеет слишком большую выпуклость, шов получается неровный по форме, с наплывами по краям.
В конце свариваемой детали необходимо резко оборвать сварочную дугу, вместе, где погасла дуга образуется глубокий кратер рис.7. Кратер может служить показателем глубины проплавления, являющийся концентратором напряжений и зоной с повышенным содержанием вредных примесей. [24]
Рисунок 7 – Дефект сварного шва типа – кратер 11
2.2.2 Способы создания искусственного дефекта типа - подрез
Для создания искусственного дефекта необходимо в свариваемом материале возбудить дугу, растянуть ее и некоторое время удержать на одном месте для прогрева основного металла. Затем постепенно уменьшать длину дугового промежутка, пока не образуется сварочная ванна соответствующего размера. Она должна хорошо сплавиться с основным металлом до того момента, когда начнется поступательное движение электрода в направлении сварки. В процессе сварки необходимо увеличить силу сварочного тока и перемещать электрод вдоль оси шва с небольшими колебаниями, определяя скорость сварки по формированию валика. Подрез образуется в уменьшении сечения шва и возникновении очага концентрации напряжения рис.8. Устраняют подрезы наплавкой тонкого шва по линии подреза. [8, 9]
Рисунок 8 – Подрезы сварного шва
2.2.3 Способы создания искусственного дефекта типа - непровар
Непровар в корне шва можно получить из-за уменьшения тока, что, приводит к уменьшению глубины провара основного металла. В процессе сварки электрод по сварному шву перемещают медленно, увеличивая напряжения дуги, и изменяют форму шва. Уменьшение скорости сварки может привести к затеканию металла сварочной ванны перед дугой. При этом металл сварочной ванны не сплавляется с холодным основным металлом рис.9. К этому дефекту так же относят незаполнение сечения шва рис.10. Дефект 12
возникает из-за заниженного сварочного тока, неправильной подготовки кромок, излишне высокой скорости сварки, наличия на кромках свариваемых деталей посторонних веществ (окалины, ржавчины, шлака) и загрязнений. При исправлении нужно вырезать зону непровара и заварить её.
Рисунок 9 – Непровар в корне шва
Рисунок 10 – Незаполнение сечения шва 13
2.3 Способы создания искусственных дефектов в образцах для капиллярной дефектоскопии
Капиллярная дефектоскопия – является одним из основных методов неразрушающего контроля и предназначена для обнаружения поверхностных и сквозных дефектов в объектах контроля, определения их расположения, протяженности и их ориентации на поверхности. В соответствии с техническими требованиями в большинстве случаев необходимо выявлять настолько малые дефекты, что заметить их при визуальном осмотре невооруженным глазом практически невозможно. В таких случаях наиболее применим - капиллярный метод контроля. [3]
Капиллярная дефектоскопия позволяет контролировать объекты любых размеров и форм, изготовленные из различных материалов: черных и цветных металлов, сплавов, пластмасс, стекла, керамики и т.п. Капиллярный контроль широко востребован при дефектоскопии сварных швов.
При проведении контроля пенетрант наносится на контролируемую поверхность и благодаря своим особым качествам под действием капиллярных сил проникает в мельчайшие дефекты, имеющие выход на поверхность объекта контроля. Проявитель, который наносится на поверхность объекта контроля после удаления пенетранта, через некоторое время растворяет краситель, который остается внутри дефекта и за счет диффузии вытягивает оставшийся пенетрант на поверхность объекта контроля как показано на рис.11.[3, 4]
Рисунок 11 – Схема проявления индикаторных следов дефектов 14
Индикаторные следы в виде линий указывают на трещины или царапины, отдельные точки – на поры.
Индикаторные рисунки, образующиеся при взаимодействии пенетранта и проявителя, либо обладают способностью люминесцировать при воздействии ультрафиолетового излучения, либо имеют цветовую окраску вследствие избирательного поглощения (отражения) части падающих на них световых лучей. Линии индикаторных рисунков имеют ширину от 0,05 до 0,3 мм и высокий яркостный и цветовой контраст с фоном, поэтому рисунок дефекта обнаружить значительно легче, чем сам дефект. Причем обнаружение его тем проще, чем шире индикаторная линия и выше ее контраст с фоном. Индикаторные следы в виде линий указывают на трещины или царапины, отдельные точки – на поры. [4].
2.3.1 Способ создания микротрещины путем изгиба азотированного образца
Согласно авторскому свидетельству №266331 [8] способ изготовления образца для капиллярной дефектоскопии заключается в том что, образец изготавливают в виде пластины определенных размеров и нагружают, создавая в нем зоны концентрации напряжений, вызывающих появление трещин рис. 12. С целью стабилизации глубины получаемых трещин, эталон азотируют на определенную глубину и изгибают его на матрице с помощью пуансона, вызывая появление трещин в азотированном слое.
Недостатком способа является то, что он не обеспечивает необходимой точности изготовления эталонов, так как непостоянство возникающих в образце напряжений вызывает переменную глубину раскрытия в эталоне трещин по их длине; неопределенную плотность распределения трещин на единицу поверхности эталона; кроме того, изгиб эталона в процессе его нагружения проводит к его искривлению (так как он приобретает некоторую 15
остаточную деформацию), что в свою очередь, приводит к произвольному изменению ширины раскрытия трещин по длине.
Рисунок 12 – Образец, с дефектами, полученными при изгибе азотированного образца
Образец 1, выполненный в виде пластины, азотируют на определенную глубину и помещают на матрицу 2. Прикладывая к пуансону 3 усилие Р, деформируют пластину, вызывая появление в азотированном слое микротрещин рис. 13 [7,8].
Рисунок 13 – пластина с трещинами, полученными путем изгиба
2.3.2 Способ создания искусственной трещины в образце
В соответствии с авторским свидетельством1539026 [13], для создания искусственного дефекта заготовляется пластина из азотируемой стали с размерами 50×50×3, поверхности которой шлифуется так, чтобы параметр шероховатости поверхности составлял Ra = 3..4 мкм. В середине сверлят проходное отверстие диаметром 5 мм, рис.7. После этого пластина азотируется 16
(глубина азотирования до 0,7 мм), очищается от окалины мелкой шлифовальной бумагой и кладется на стальное кольцо (внутренний диаметр 30 мм, высота 25 мм, наружный диаметр около 60 мм). На противоположной стороне 20-миллиметровый стальной шар вдавливается с помощью испытательной машины в отверстие с силой около 3 кН, пока треск не укажет на образование трещин в зоне растяжения. Трещины измеряют под микроскопом. Путем повторного надавливания на переднюю или обратную сторону плитки можно управлять раскрытием трещин. Ширина трещин определяется с помощью растрового сканирующего электронного микроскопа при необходимом увеличении. Глубина трещин определяется по поперечным шлифам [8,9].
Рисунок – 14 Образец, с дефектами, полученными при изгибе азотированного образца
2. 3.3 Способ создания искусственного дефекта типа – пора
Для создания искусственных дефектов в образцах использовался участок трубопровода, на котором выполнена разделка под сварку рис. 15. Полученное углубление (паз), завариваетс аргонодуговой сваркой с добавлением в сварной шов кусочков медного провода. В процессе сварки происходит несплавление металла и образуются поверхностные дефекты.
Для выявления полученных дефектов, на образцах проводится капиллярная дефектоскопия. 17
Рисунок 15 – Участок трубы с пазом
2.3.4 Способ создания микротрещины путем закалки образца
Для создания микротрещины был взят, корпус высокоскоростного подшипника (кольцевой формы), изготовленный из штамповой стали с габаритными размерами внешнего диаметра 45 мм, внутреннего диаметра 30 мм, толщины 13 мм. Корпус подшипника был подвергнут аустенитизации при температуре 800 °С., с выдержкой в 30 минут, а затем медленно и равномерно охлажден в масле. После закалки образец подвергается шлифованию и проводится капиллярный контроль образца рис.16 [10].
Рисунок 16 – Микротрещина в образце полученная путем тепловой обработки 18
2.4 Способы создания искусственных дефектов в образцах для магнитной дефектоскопии
Магнитный неразрушающий контроль – метод контроля, в основе которого лежит способность выявления различных магнитных полей рассеяния, возникающих над местом образования дефектов при локальном намагничивании. Индикаторным веществом является порошок с ферромагнитными свойствами или магнитная суспензия. По способу получения первичной информации разделяют на несколько методов магнитного контроля: магнитопорошковый, магнитографический, феррозондовый, эффект Холла, индукционный, пондеромоторный, магниторезисторный. [2]
Наиболее распространенным методом магнитной дефектоскопии является магнитопорошковый метод. При использовании метода магнитопорошковой дефектоскопии (МПД) на намагниченную деталь наносится магнитный порошок или магнитная суспензия, представляющая собой мелкодисперсную смесь магнитных частиц в жидкости. Частицы ферромагнитного порошка, попавшие в зону действия магнитного поля рассеяния, притягиваются и оседают на поверхности вблизи мест расположения несплошностей. Ширина полосы, по которой происходит оседание магнитного порошка, может значительно превышать реальную ширину дефекта. Вследствие этого даже очень узкие трещины можно зафиксировать невооруженным глазом. Регистрация полученных индикаторных рисунков проводится визуально или с помощью устройств обработки изображения.[2]
Магнитопорошковый метод позволяет обнаруживать дефекты:
производственно-технологические – образующиеся вследствие нарушения или применения устаревшей технологии изготовления деталей и узлов, использования неисправного инструмента, некачественных материалов, либо вследствие низкого уровня квалификации специалистов.
19
Эксплуатационные – образующиеся вследствие нарушений установленных правил эксплуатации технических изделий, длительной эксплуатации, сроков и правил выполнения регламентных работ.
2.4.1 Способ создания поверхностного и подповерхностного дефекта
Согласно авторскому свидетельству [25], для создания искусственных дефектов используется металлическая пластина из ферромагнитного материала толщиной H. В пластине выполняется отверстие 1 с диаметром d под втулку 2. Во втулке выполняется сквозное отверстие 3 на глубине t диаметром d1 причем d1 от 0,1 H. Сопряжение между пластиной 1 и втулкой 2 образует поверхностный дефект 4, а отверстие во втулке образует подповерхностный дефект 3 на глубине t. В дальнейшем поверхность образца шлифуют. Параметр шероховатости Ra 2.5 мкм по ГОСТ 2789-73 [14]. Стрелками 5 и 6 показывается возможное направление магнитных потоков при намагничивании образца. Схема образца с искусственными дефектами представлена на рис. 17.
Образец с искусственными дефектами работает следующим образом. При намагничивании в направлении 5 образуются отложения магнитного порошка в виде двух полумесяцев на поверхностном дефекте 4, а отверстие 3 во втулке 2 образует отложение порошка в виде линии с меньшей контрастностью (контрастность отложения зависит от глубины залегания t). При намагничивании в направлении 6 также образуются отложения порошка в виде двух полумесяцев на поверхностном дефекте 4, но отложение порошка от подповерхностного дефекта 3 не образуется, поскольку направление магнитного поля совпадает с направлением дефекта. 20
Рисунок 17 – Общий вид образца с искусственными дефектами [25] Рисунок 18 – Поперечное сечение образца со сквозным отверстием [25]
Целью создания искусственных дефектов является, расширение возможностей использования данного образца за счет одновременного определения чувствительности магнитных дефектоскопов к поверхностным и подповерхностным дефектам.
2.4.2 Способ создания трещин в образце методом шлифования
Заготовку образца изготовляют из стали У10А по ГОСТ 1435-90 [15] в виде цилиндра длиной 250 ... 300 мм, диаметров 25 мм. Закаливают до твердости 60 ... 63 НКС, затем цилиндрическую поверхность заготовки 21
шлифуют. На цилиндрическую поверхность электролитическим способом наносят слой хрома толщиной 0,25 ... 0,30 мм (по технологии пористого хромирования).
Цилиндрическую поверхность заготовки шлифуют на глубину 0,1 мм твердым абразивным кругом без охлаждения при поперечной подаче 0,03 ... 0,05 мм на один двойной ход и продольной подаче 1 ... 3 м / мин. При этом в хромовом покрытии и стальной основе заготовки образуются трещины. Далее заготовку подвергают отпуску при температуре 160 ... 180 °С. С поверхности полученного образца электролитическим способом удаляют слой хрома, после чего заготовку разрезают вдоль оси на две части. При этом получаются два образца со шлифованными трещинами. [2]
На поверхности образцов выбирают зоны с трещинами, ширина которых близка к минимальным размерам трещин, которые предполагается обнаруживать на контролируемом образце. Примерный размер зон 15 × 40 мм. Ширину трещин в зонах измеряют на металлографическом или измерительном микроскопе.
Полученный образец маркируют и подвергают магнитопорошковому контролю. Индикаторный рисунок выявленных трещин фотографируют либо изготавливают дефектограмму образца. На рисунке 19 приведен образец с шлифовочными трещинами. [2]
Рисунок 19 – Шлифовочные трещины выявленные магнитопорошковым методом контроля 22
2.4.3 Способ создания искусственных трещин в штамповой стали методом теплового воздействия
Штамповая сталь относится к особому типу высокопрочных сталей, которая производится в основном для инструментов и деталей машин. Штамповая сталь или инструментальная сталь называется так потому, что она изготавливается литьем в форму, а затем закаляется. Такие стали используют в изготовлении обычных инструментов - отверток и гаечных ключей, а также для деталей машин. Добавление углерода и укрепляющих элементов делает ее крайне негибкой.
Термическая обработка:
Термическая обработка – это процесс, через который проходит сталь для придания необходимых свойств, таких как твердость, прочность и износостойкость. Основными этапами термической обработки для инструментальных сталей являются аустенитизация, закалка и отпуск.
Аустенитизация – это фаза, в которой молекулы в стали устанавливаются в необходимом порядке. В этом процессе обжигаемая сталь, называемая феррит, нагревается до температуры аустенитизации, выдерживается в течении необходимого времени и преобразуется в аустенит. Кристаллическая решетка стали расширяется, что позволяет углероду и другим элементам встраиваться в нее.
Закалка — это относительно быстрое охлаждение стали, до температуры ниже критической. Металл должен охлаждаться достаточно быстро. Замороженные элементы обеспечат сталь необходимыми свойствами, такими как твердость и износостойкость. Распространённые методы закалки включают воду, масло, воздух, соляной раствор и вакуум. После закалки, инструмент остается хрупким, поэтому необходимо перед использованием произвести отпуск.
Отпуск – это процесс повторного нагрева инструмента, после его термической обработки. У этого нагрева множество функций. Это метод
23
достижения необходимой твердости у инструмента, устранение стресса от закалки, а также превращение оставшегося аустенита в мартенсит.
Способ создания искусственного дефекта в штамповых сталях описан в следующем абзаце.
Для создания поверхностных трещин в образце необходимо взять лист стали с размерами 100×50×10 мм, подвергнуть аустенитизации при температуре 800°С с выдержкой 30 минут. Во время аустенитизации могут сформироваться вмятины или трещины, если сталь сжимать или ронять. После процесса аустенитизации сталь необходимо неравномерно охладить при помощи масла или воды. Неравномерное остывание ведет к разности силы закалки и внутреннему стрессу, что в свою очередь ведет к трещинам. В дальнейшем полученный образец подвергают шлифованию для получения тонких трещин. Из-за магнитной природы инструментальная сталь подходит как для капиллярной дефектоскопии, так и для магнитопорошкового метода контроля.
2.4.4 Способ создания дефекта в нахлесточном сварном соединении
Согласно авторскому свидетельству 1809377 [26], образец состоит из нижней 1 и верхней 2 планки, а также имитатора сварного шва 3 в виде прямой трехгранной призмы 3. Выполнен из двух металлических планок, которые укладываются друг на друга внахлест, имитатор сварного шва представляет собой прямую трехгранную призму с основанием в виде прямоугольного равнобедренного треугольника, катет которого равен толщине верхней планки. Призма выполнена из стали, идентичной по химическому составу реальному сварному шву, дефект типа непровар выполнен со стороны прямого двухгранного угла призмы. Грани призмы шлифуют и со стороны прямого двухгранного угла перпендикулярно противолежащей поверхности фрезеруется канавка шириной 0,5 мм, глубиной 1,8 мм. Укладывают составные части образца, как показано на рис.20. [26] 24
Кроме того, призма может быть выполнена полой из термопластичного материала и имеет дефект 4 типа непровар, полость заполнена магнитным порошком 6, а поверхность большей грани призмы выполнена с неровностями 7, идентичными неровностям поверхности реального сварного шва.
Рисунок 20 – Сечение образца в нахлесточном сварном соединении
1,2 – пластины, 3 – трехгранная призма, 4 – непровар,
Рисунок 21 – Сечение образца в нахлесточном сварном соединении
1,2 – пластины, 7 – неровности сварного шва, 6 – магнитный порошок
Данный способ относится к области магнитной дефектоскопии и может быть использован для контроля нахлесточных сварных соединений.
Целью изобретения является повышение достоверности магнитного контроля нахлесточных сварных соединений. 25
2.4.5 Способ создания искусственного дефекта электроэрозионным методом
Согласно авторскому свидетельству 1810805 [27], образец содержит основу произвольной формы, например пластины 1 с круглым отверстием, в которое запрессована вставка 2 заподлицо с рабочей поверхностью основы. Пластина 1 и вставка 2 выполнены из одной и той же стали, которые находятся в одинаковом термическом состоянии. На стороне вставки, выходящей на рабочую поверхность основы, выполнены две взаимно перпендикулярные прорези шириной T и глубиной L. Выполнение двух взаимно перпендикулярных прорезей позволяет с помощью одного стандартного образца проверять выявляемость дефектов различного направления, если они расположены под углом (90±30)° относительно направления намагничивания.
Часть вставки 2, содержащая прорези, имеет диаметр D1 больше диаметра D2 круглого отверстия в пластине 1 и остальной части вставки. Длина l части вставки диаметром D1, составляет (0.5-0,7)L. После того, как вставка 2 запрессовывается в круглое отверстие пластины 1, на вставке образуется выходящий на рабочую поверхность основы искусственный дефект в виде двух взаимно перпендикулярных прорезей, ширина раскрытия которых определяется по формуле 4
t= T-(D1-D2) (4)
где (D1 – D2)≤ T
Таким образом на рабочей поверхности образца создается искусственный дефект, имеющий заданную ширину раскрытия t, которая меньше ширины Т прорезей на вставке, выполненных электроэрозионным способом до запрессовки ее в отверстие на пластине 1. Ширина искусственного дефекта на поверхности образца определяется превышением диаметра D1 вставки 2 относительно диаметра D2 отверстия на пластине 1 при обязательном выполнении условия D1 – D2≤ T . Чем больше диаметр D1 отличается от диаметра D2, тем меньше ширина раскрытия искусственного дефекта вставки 26
2, запрессованной в отверстие пластины 1. Минимальное значение ширины раскрытия дефекта, практически равное нулю, получается при равенстве D1 – D2=T. Для деформации части вставки 2, длина l части вставки рис.22, имеющей диаметр D1, должна быть меньше глубины прорезей L и составлять (0,5-0,7)L в зависимости от свойств материала образца. Чем выше твердость материала вставки 2, тем больше глубина прорезей. Глубина прорези L должна превышать длину l вставки большего диаметра D1. Для образцов, выполненных из твердых термоупрочненных сталей, должно выполняться условие l
Рисунок 22 – Образец с рабочей поверхностью [27]
Рисунок 23 – Вставка с прорезями выполненная электроэрозионным способом [27] 27
Данный способ относится к неразрушающему контролю качества изделий, а именно к магнитному контролю дефектов типа несплошности в ферромагнитных изделиях, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является расширение области использования за счет определения направленности магнитного поля и повышения достоверности контроля дефектов в металлоизделиях за счет выполнения прорези требуемой ширины. [27]
Образец с искусственным дефектом в виде двух взаимно-перпендикулярных прорезей позволяет имитировать дефекты различного направления на объектах контроля произвольной формы, что является большим преимуществом предлагаемого образца, так как в магнитной дефектоскопии режим намагничивания, определяющий выявляемость дефектов, в значительной степени зависит от формы и габаритов контролируемого изделия.
Изготовление на данном образце искусственных дефектов заданной ширины раскрытия представляет возможность оценки выявления дефектов в зависимости от их ширины, что позволяет использовать образцы не только для проведения контроля средствами магнитопорошковой дефектоскопией, но и применять образцы для проведения метрологической аттестации. [27]
Заключение
В ходе написания магистерской диссертации были рассмотрены правила по аттестации специалистов неразрушающего контроля. Исследованы авторские свидетельства по изготовлению искусственных дефектов в образцах, применяющихся в различных методах неразрушающего контроля (ВИК, УЗК, МПК, ПВК).
На основе проведенного исследования были разработаны образцы с искусственными дефектами для капиллярной дефектоскопии. Для выявления дефектов была проведена цветная капиллярная дефектоскопия, вследствие чего индикаторные следы на образцах показали наличие поверхностных дефектов, а именно пор и трещин. На образцах содержатся как допустимые, так и не допустимые дефекты в зависимости от выбранного НТД по оценке качества.
В качестве документа содержащего в себе информацию о типах дефектов были составлены паспорта на образцы. Паспорт сдержит иллюстрацию образца с проявленными индикаторными следами, а так же данные о размерах индикаторных следов и координатах дефектов.
Разработанные в ходе выполнения магистерской диссертации образцы могут быть использованы в лабораторных работах по курсу «контроль проникающими веществами» на кафедре ФМПК ИНК ТПУ. Так же разработанные образцы могут использоваться в аттестационных центрах для обучения специалистов по курсу ПВК.
В дальнейшем планируется изготовление универсальных образцов с искусственными дефектами, которые могут быть использованы одновременно как средство для аттестации специалистов по всем методам неразрушающего контроля.
Список использованной литературы
http://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/27531/1/TPU175965.pdf
https://extxe.com/1615/vihretokovaja-defektoskopija-svarnyh-soedinenij/
https://alfatest.ru/support/articles/vikhretokovyy-defektoskop/