Виды и методы неразрушающего контроля качества сварных соединений

УДК 620.171.1

ВИДЫ И МЕТОДЫ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА

СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Герасимов Виктор Михайлович, магистрант, Научный руководитель: Голиницкий Павел Вячеславович, кандидат технических наук,

доцент;

ФГБОУ ВО РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева, Москва, РФ

Рассмотрены основные виды и методы неразрушающего контроля для контроля сварных соединений и выделен наиболее распространенный и эффективный способ обнаружения дефек-

Ключевые слова: неразрушающий контроль; сварные соединения; метод.

TYPES AND METHODS OF NON-DESTRUCTIVE QUALITY CONTROL

OF WELDED JOINTS

Gerasimov Viktor Mihajlovich, undergraduate, Scientific adviser: Golinickij Pavel Vyacheslavovich, PhD (Cand. Tech. Sci.), associate professor; Russian Timiryazev State Agrarian University, Moscow, Russian Federation

The main types and methods of non-destructive testing for the control of weldedjoints are Considered and the most common and effective method for detecting defects is identified. Keywords: non-destructive testing; welded joints; method.

Для цитирования: Герасимов В.М. Виды и методы неразрушающего контроля качества сварных соединений // Наука без границ. 2019. № 12(40). С. 34-39.

В связи с повышением требований к качеству выпускаемой продукции важность контроля на современном производстве возрастает [1, 2]. Особенно важен входной контроль готовых узлов и деталей [3, 4].

Неподвижные соединения формируются множеством методов [5, 6], но наиболее массовыми из них являются соединения с натягом и сварные соединения. Соединения с натягом применяются для обеспечения высокой точности в подвижных частях механизмов [7], им присуща модель медленного параметрического отказа [8, 9]. В том числе существуют и подвижные соединения с натягом [10]. Но большинство корпусных элементов конструкций машин формируется сваркой, поэтому одним из основных процессов на промышленном

производстве является именно сварка, без нее не обходится ни одно машиностроительное предприятие, в том числе ремонтное производство [11], где качеству сварных соединений и восстановлению поверхностей с их помощью уделяется особое внимание [12].

Качество сварки и сварных соединений зависит от многих факторов: квалификации работника, технологического процесса, оборудования и т.д. [13,14]. Общее качество сварки оценивается в зависимости от количества и уровней дефектов при сваривании.

При контроле сварных соединений используются множество методов, которые подразделяются на две основные группы: разрушающие и неразрушающие.

В зависимости от вида оборудования, принципа его работы, а также физических и химических явлениях выделены основные методы неразрушающего контроля сварных соединений: внешний осмотр; акустический; магнитный; проникающими веществами; радиационный и тепловой.

Внешний осмотр - это самый первый этап, с помощью которого проводят контроль некачественной сварки. Этот метод позволяет обнаружить в основном поверхностные дефекты, такие как трещины, не-провары и поры.

В начале поверхность подвергается тщательной очистке от грязи, шлака, брызг металла и т.д. Далее сварной шов обрабатывается с помощью спирта или раствором азотной кислоты.

Наиболее распространенным инструментом для внешнего осмотра является лупа. Этот инструмент позволяет выявить различные поверхностные дефекты, которые невозможно заметить невооруженным глазом. Но при визуальном контроле необходимо определять и геометрические параметры сварного шва. Для этой процедуры подойдут следующие инструменты: линейки, штангенциркули, универсальные шаблоны сварщика и т.д.

Капиллярные методы связаны с обследованием сварных соединений с помощью проникающих веществ. Они основаны на том, что капли специальных проникающих жидкостей, которые еще называют индикаторными, втягиваются даже в мельчайшие каналы, или капилляры, в том числе в полости таких дефектов, как поры и трещины.

На первом этапе поверхность детали очищается от загрязнений. Это делается для того, чтобы проникающая жидкость смогла втянуться в дефекты на поверхности сварного шва. Обычно эту операцию производят с помощью воды или органического очистителя.

На втором этапе на поверхность нано-

сится проникающая жидкость. Наиболее распространенная жидкость для контроля сварных соединений - это пенетрант. Обычно используется красного цвета для более точного обнаружения дефекта. Наносится пенетрант с помощью распылителя, кистью или погружения исследуемого объекта в ванну. После этого происходит заполнение полостей в течение 5-20 минут (зависит от вида специальных жидкостей). Стоит отметить, что скорость и глубина проникновения проникающей жидкости очень сильно зависит от таких характеристик, как смачиваемость жидкости и радиус капилляра.

На третьем этапе необходимо удалить излишки проникающей жидкости с помощью салфеток или промывкой водой, или очистителем.

Всю оставшуюся ее часть обнаруживают с помощью проявителя, который наносится тонким слоем на контролируемую поверхность и формирует индикаторный рисунок расположения дефектов. Затем производится контроль.

Одним из достоинств данного метода является возможность его использования не только в лабораторных, но и в полевых условиях, а также доступность и скорость обнаружения дефектов. Однако данный метод способен обнаружить только поверхностные дефекты.

Магнитные методы связаны с особенностью изучения магнитных полей, которые возникают при намагничивании контролируемого шва.

Магнитный поток, создаваемый в сварном соединении, проходит по нему и встречает на своем пути дефекты. Из-за того, что магнитная проницаемость дефектов намного ниже, чем металла, то магнитные потоки начинают обходить дефект и выходить на поверхность, после чего определить место и вид дефекта не составляет труда.

Одним из главных недостатков данного метода является то, что для использова-

ния этого метода необходима специальная структура металла, способность намагничиваться. Поэтому данный метод применяют только для определения качества сварного шва на ферромагнитных сплавах. Также необходима высокая квалификация персонала.

Существует несколько подвидов магнитных методов:

- магнитографический - при намагничивании поверхности сварного соединения происходит запись магнитного поля на специальную ленту, которую считывают и обнаруживают дефекты с помощью магнитного дефектоскопа;

- магнитопорошковый - на поверхность контролируемого шва наносится магнитный порошок. Под воздействием электромагнитных полей порошок в местах над дефектами скапливается в виде валиков;

- индукционный - в этом методе используются две катушки. При намагничивании сварного шва катушки перемещают вдоль него. При перемещении катушки через участок с дефектом возникает ЭДС индукции, которая передается на специальный прибор, и определяется место и вид дефекта.

Радиационные методы связаны с воздействием на объект рентгеновских или гамма-излучений. Процесс контроля похож на использование рентгеновского излучения, которые базируются на ионизирующих электромагнитных излучениях.

С одной стороны сварного шва устанавливают источник излучения, а с другой стороны устанавливают детектор, фотопленку или фотобумагу. Рентгеновские лучи проходят сквозь шов и облучают фотобумагу, на которой и отображается весь процесс прохождения рентгеновских лучей через контролируемый металл. Если на фотопленке буду видны затемнения, то это означает, что прохождение рентгеновских лучей через эти места было более интенсивным, чем в других местах, а значит в этих местах сварного соединения и нахо-

дятся дефекты.

Процесс воздействия гамма-излучений схож с рентгеновским, только облучение металла происходит из ампулы, которая содержит радиоактивные изотопы. Одним из главных преимуществ гамма-излучений над рентгеновскими является их способность проходить через более толстые слои металла (до 300 мм), кроме того, он экономически выгоден. Но гамма-излучения сильнее воздействуют на человека, поэтому они представляют большую опасность для его здоровья.

Одни из главных преимуществ радиационного метода в целом является высокая чувствительность и получение отчетливых снимков для точного определения видов дефектов.

Тепловые методы связаны с регистрацией изменений распространения тепловых потоков, которые происходят из-за внутренних дефектов исследуемого объекта. Определение дефектов происходит с помощью фиксации и преобразования инфракрасного излучения в видимый спектр.

Самым главным преимуществом данного метода является то, что с помощью использования пирометров можно измерять физические и геометрические параметры объектов бесконтактно на больших расстояниях.

Акустические методы связаны с особенностью анализа упругих волн, которые проходят через толстый слой металла и отражаются от различных видов дефектов.

Если используется диапазон частот, превышающий 20 кГц, допускается употребление термина «ультразвуковой» вместо «акустический».

Для излучения ультразвуковой волны пластинку из кварца или сегнетовой соли подвергают воздействию электрического поля высокой частоты. Волну направляют на сварной шов.

При соприкосновении волны и дефекта ультразвуковые колебания отражаются

и передаются на другую пластинку. После этого электрические колебания, возникающие от пластинки, передаются на специальный прибор, который называется ультразвуковой дефектоскоп. На экране данного прибора отображаются импульсы волны, которая изначально была направлена на сварное соединение и волны, отраженной от дефекта. В зависимости от характера изменений этих импульсов определяют расположение, размер и вид дефекта сварного шва.

Ультразвуковые волны способны распространяться в слой металла на огромную глубину. При направлении волны и регистрации отраженных сигналов в сварных соединениях с помощью специальных приборов, таких как ультразвуковые дефектоскопы, можно определить не только местоположение дефектов, а также их количество и величину.

Существуют множество видов акустических методов, наиболее распространенными являются:

- Эхо-импульсный. Один из самых простых и распространенных методов контроля. Преобразователь направляет волну на сварной шов и регистрирует ее отражение от дефекта.

- Теневой метод. В этом методе используются два преобразователя. Один посылает ультразвуковые волны, а второй их принимает. Эти преобразователи устанавливаются на противоположные стороны сварного шва. Обнаружение дефекта происходит при пропадании ультразвуковых колебаний внутри контролируемого соединения.

- Эхо-зеркальный метод. В этом методе используются так же, как и в теневом, два преобразователя. Только в данном случае оба преобразователя устанавливаются на одну сторону сварного соединения. Первый преобразователь создает ультразвуковую волну, а второй принимает, только в отличие от теневого метода обнаружение

дефекта происходит при отражении волны от дефекта.

- Зеркально-теневой метод. Два преобразователя устанавливаются на одну поверхность. При этом вторым преобразователем фиксируется не прямое попадание ультразвуковых волн, а отраженное от противоположной стороны сварного шва. Признаком дефекта является пропадание ультразвуковых колебаний внутри контролируемого соединения.

Эти четыре метода, перечисленные выше, наиболее часто применяются для контроля сварных соединений ввиду своей простоты. Другие же используются намного реже.

- Импедансный метод. Основан на перемещении стержня по поверхности детали, соединенной сваркой. Если в изделии имеется дефект, то уменьшается импеданс некоторого участка его поверхности, он как бы размягчается. В основном применяется к контролю сварных соединений с тонкой обшивкой.

- Метод свободных колебаний. С помощью электромагнита в сварном шве создаются колебания, которые поступают к приемнику, и постепенно усиливается изменение частоты свободных колебаний. Изменение частоты будет говорить о том, что между деталями обнаружен дефект.

- Акустическая эмиссия. В этом методе контроль сварного шва проверяется под нагрузкой. Главная особенность этого метода заключается в определении не статических дефектов, а дефектов, которые будут развиваться при некачественной сварке.

Акустические методы позволяют определить все виды дефектов, известные на данный момент. Технология проведения контроля сварных соединений акустическим методом происходит по-разному. Это зависит от типа сварного соединения, а также от предъявляемого качества к изделию.

При контроле сварных швов необходимо как можно тщательно прозвучивать

весь металл. Для прозвучивания нижней и верхней части шва существуют два способа прозвучивания: прямой и отраженной волной.

Вывод: акустические методы - наиболее распространенный методы на различных предприятиях. Несмотря на то, что для его использования необходим высококвалифицированный персонал, этот метод получил наибольшую популярность из-за его простоты.

Также этот метод имеет огромное преимущество, по сравнению с другими, так

как его можно применять не только в лабораторных условиях, но и в полевых, в однородных или разнородных соединениях.

Одним главным преимуществом этого метода является то, что для исследования сварного шва ультразвуковыми дефектоскопами не требуется затрачивать много времени, при этом достоверность результатов обнаружения дефектов очень высока.

В ходе проведения исследований акустическим методом приборы абсолютно безопасны для здоровья человека. Они не оказывают никакого вредного воздействия.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Вергазова Ю.Г., Голиницкий П.В. Управление качеством производственных процессов и систем. - М.: Изд-во «РГАУ-МСХА», 2018. - 182 с.

2. Черкасова Э.И., Голиницкий П.В., Вергазова Ю.Г., Антонова УЮ. Анализ и синтез процессов обеспечения качества. - М.: Изд-во «РГАУ-МСХА», 2018. - 174 с.

3. Бондарева Г.И., Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж. Входной контроль и метрологическое обеспечение на предприятиях технического сервиса // Сельский механизатор. 2017. № 4. с. 36-38.

4. Голиницкий П.В., Вергазова Ю.Г., Антонова У.Ю. Совершенствование менеджмента качества на предприятиях АПК // Компетентность. 2018. № 9-10 (160-161). С. 63-68.

5. Леонов О.А., Вергазова Ю.Г. Взаимозаменяемость. - М.: Изд-во «Лань», 2018. - 208 с.

6. Леонов О.А., Вергазова Ю.Г. Обеспечение норм взаимозаменяемости соединений «вал -втулка» при ремонте машин в АПК. - Иркутск, 2017. - 141 с.

7. Бондарева Г.И. Изменения в стандарте единой системы допусков и посадок / Г.И. Бондарева, О.А. Леонов, Н.Ж. Шкаруба, Ю.Г. Вергазова // Тракторы и сельхозмашины. 2016. № 12. С. 39-42.

8. Леонов О.А., Шкаруба Н.Ж., Вергазова Ю.Г. Расчет допуска посадки с натягом по модели параметрического отказа // Вестник машиностроения. 2019. № 4. С. 23-26.

9. Ерохин М.Н., Леонов О.А. Взаимосвязь точности и надежности соединений при ремонте сельскохозяйственной техники // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ 2006. № 2. С. 22-25.

10. Ерохин М.Н., Леонов О.А., Катаев Ю.В., Мельников О.М. Методика расчета натяга для соединений резиновых армированных манжет с валами по критерию начала утечек // Вестник машиностроения. 2019. № 3. С. 41-44.

11. П.В. Голиницкий, И.Л. Приходько. Выбор режимов напекания металлических порошков на основе никеля и железа при комбинированном методе восстановления бронзовых втулок // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2018. № 5. С. 40-45.

12. Голиницкий, П.В. Восстановление подшипников скольжения из цветных сплавов комбинированным методом: автореф. дис. ... канд. тех. наук. - М., 2016. - 22 с.

13. Голиницкий П.В., Тойгамбаев С.К. Измерение и контроль деталей транспортных и транс-портно-технологических комплексов. - М.: Изд-во «Спутник+», 2018. - 154 с.

14. Черкасова Э.И., Голиницкий П.В. Использование информационных технологий для идентификации качества продуктов переработки зерна на этапах товародвижения // В сборнике: Инновационные достижения науки и техники АПК Сборник научных трудов Международной научно-практической конференции. 2018. - С. 408-410.

REFERENCES

1. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Vergazova Yu.G., Golinickij P.V. Upravlenie kachestvom proizvodstvennyh processov i system [Quality management of production processes and systems]. Moscow, Izd-vo «RGAU-MSKHA», 2018, 182 p.

2. Cherkasova E.I., Golinickij P.V., Vergazova Yu.G., Antonova U.Yu. Analiz i sintez processov obespecheniya kachestva [Analysis and synthesis of quality assurance processes]. Moscow, Izd-vo «RGAU-MSKHA», 2018, 174 p.

3. Bondareva G.I., Leonov O.A., Sukaruba N.Zu. Vhodnoj kontrol' i metrologicheskoe obespechenie na predpriyatiyah tekhnicheskogo servisa [Entrance control and metrological support at technical service enterprises]. Sel'skij mekhanizator, 2017, no. 4, pp. 36-38.

4. Golinickij P.V., Vergazova Yu.G., Antonova U.Yu. Sovershenstvovanie menedzhmenta kachestva na predpriyatiyah APK [Improvement of quality management at agricultural enterprises]. Kompetentnost', 2018, no. 9-10 (160-161), pp. 63-68.

5. Leonov O.A., Vergazova Yu.G. Vzaimozamenyaemost' [Interchangeability]. Moscow, Izd-vo «Lan'», 2018, 208 p.

6. Leonov O.A., Vergazova Yu.G. Obespechenie norm vzaimozamenyaemosti soedinenij «val -vtulka» pri remonte mashin v APK. Irkutsk [Ensuring standards of interchangeability of connections «shaft-sleeve» when repairing machines in agriculture], 2017, 141 p.

7. Bondareva G.I., Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Vergazova Yu.G. Izmeneniya v standarte edinoj sistemy dopuskov i posadok [Changes in the standard of the unified system of tolerances and landings]. Traktory i sel'hozmashiny, 2016, no. 12, pp. 39-42.

8. Leonov O.A., Shkaruba N.Zh., Vergazova Yu.G. Raschet dopuska posadki s natyagom po modeli parametricheskogo otkaza [Calculation of the landing tolerance with tightness on the model of parametric failure]. Vestnik mashinostroeniya, 2019, no. 4, pp. 23-26.

9. Erohin M.N., Leonov O.A. Vzaimosvyaz' tochnosti i nadezhnosti soedinenij pri remonte sel'skohozyajstvennoj tekhniki [The relationship between the accuracy and reliability of connections in the repair of agricultural machinery]. Vestnik FGOU VPO MGAU, 2006, no. 2, pp. 22-25.

10. Erohin M.N., Leonov O.A., Kataev Yu.V., Mel'nikov O.M. Metodika rascheta natyaga dlya soedinenij rezinovyh armirovannyh manzhet s valami po kriteriyu nachala utechek [Method for calculating the tightness for connections of rubber reinforced cuffs with shafts by the criterion of the beginning of leaks]. Vestnik mashinostroeniya, 2019, no. 3, pp. 41-44.

11. P.V. Golinickij, I.L. Prihod'ko. Vybor rezhimov napekaniya metallicheskih poroshkov na osnove nikelya i zheleza pri kombinirovannom metode vosstanovleniya bronzovyh vtulok [Choice of modes for baking metal powders based on nickel and iron with the combined method of restoring bronze bushings]. Vestnik FGOU VPO MGAU, 2018, no. 5, pp. 40-45.

12. Golinickij, P.V. Vosstanovlenie podshipnikov skol'zheniya iz cvetnyh splavov kombinirovannym metodom [Restoration of sliding bearings from non-ferrous alloys by the combined method]. Abstract of Ph. D thesis. Moscow. 22 p.

13. Golinickij P.V., Tojgambaev S.K. Izmerenie i kontrol' detalej transportnyh i transportno-tekhnologicheskih kompleksov [Measurement and control of details of transport and transport-technological complexes]. Moscow, Izd-vo «Sputnik+», 2018, 154 p.

14. Cherkasova E.I., Golinickij P.V. Ispol'zovanie informacionnyh tekhnologij dlya identifikacii kachestva produktov pererabotki zerna na etapah tovarodvizheniya [Use of information technologies to identify the quality of grain processing products at the stages of commodity movement]. V sbornike: Innovacionnye dostizheniya nauki i tekhniki APK Sbornik nauchnyh trudov Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii, 2018, pp. 408-410.

Материал поступил в редакцию 13.12.2019 © Герасимов В.М., 2019