Одним из видов неразрушающего контроля является сопоставление скоростей звука с целью определения напряженного состояния материала. Так, прибор НЗМ001 предназначен для ручного контроля эхо-импульсным методом механических напряжений или механических усилий. Этим прибором проверяются детали с диаметром не менее 8 мм и длиной 20…4500 мм. Отношение длины к диаметру должно быть не более 7. Контроль напряжений осуществляется от 7 МПа до предела текучести материалов со скоростями распространения продольных ультразвуковых колебаний 2500…7000 м/с, с затуханием не более 0,3 дБ/см на частоте 5 МГц.
Определение механических напряжений проводится путем измерения приращения или относительного изменения времени распространения УЗК, вызванного изменением прикладываемых механических усилий. Блок с индикацией аналогового сигнала и цифровой информации позволяет обеспечивать большую точность и воспроизводимость результатов измерений. Микропроцессорный блок обеспечивает обработку измерений и их запоминание. В памяти могут храниться параметры упругих характеристик материалов, тариро-вочные данные и другие характеристики, необходимые для обработки результатов акустических измерений. Объем памяти позволяет запоминать данные не менее, чем для 128 материалов.
Наличие встроенного аналого-цифрового преобразователя позволяет автоматически учитывать в процессе контроля влияние различных внешних воздействий, например: геометрических размеров, температуры. Имеется возможность подключения к прибору внешних регистрирующих, запоминающих устройств и ЭВМ.
Магнитный и вихретоковый контроль. Оборудование для магнитного и вихретокового контроля характеризуется наличием полеза-дающих устройств и средств обнаружения магнитного поля рассеяния дефекта. При этом используется широкий спектр частот, начиная от постоянного магнитного поля до переменных полей с частотами десятков мегагерц.
Магнитные дефектоскопы предназначены для контроля качества сварных соединений изделий из ферромагнитных материалов. По способу регистрации дефектов их можно разделить на магнитопорошковые, магнитографические, фсррозондовые, индукционные и др. Намагничивание изделий при контроле производится в результате приложения внешнего магнитного поля или пропускания через деталь электрического тока. К. основным узлам дефектоскопов для магнитопорошкового контроля относятся: источники тока; устройства подвода тока, полюсного намагничивания (соленоиды, электромагниты); средства нанесения на контролируемую деталь суспензии; осветительные устройства; измерители тока.
Набор средств, имеющихся в стационарных универсальных установках, позволяет производить циркулярное, полюсное и комбинированное намагничивание, что обеспечивает надежный магнитопорошковый контроль как в приложенном поле (для деталей из магнито-мягких материалов), так и способом остаточной намагниченности (для изделий из маг-нитотвердых материалов).
Для магнитопорошкового контроля изделий из ферромагнитных материалов широкое распространение получили переносные и передвижные дефектоскопы, например, ПМД-70, МД50 и др. В качестве индикаторных средств используются как магнитные, так и магнито- люминесцентные порошки, пасты и суспензии. Эффективно применение для экспресс-контроля магнитопорошковых дефектоскопов типа “МАГЭКС”, в комплект которых входят малогабаритные намагничивающие устройства, источником магнитной энергии в которых служат высокоэффективные постоянные магниты. Масса таких устройств 1…2 кг, они позволяют намагничивать изделия по участкам, непрерывно протяженные участки , например, протяженные стыковые сварные соединения, а также изделия сложной геометрической формы с возможностью независимой регулировки межполюсного расстояния и напряженности магнитного поля.
При магнитографическом контроле поля рассеяния дефектов фиксируются на магнитную ленту, накладываемую на поверхность сварного шва. Намагниченность ленты определяется приложенным магнитным полем и полями рассеяния дефектов. Информация о дефекте считывается с помощью магнитографического дефектоскопа, имеющего лентопротяжное устройство, индукционную головку и осциллографический индикатор. Для воспроизведения записи ленту перемещают вдоль вращающейся индукционной головки. Возникающий в головке электрический сигнал пропорционален величине поля рассеяния дефекта.
Для намагничивания контролируемых сварных швов применяют передвижные намагничивающие устройства типа ПНУ и др. Для магнитографического контроля используется несколько типов магнитографических дефектоскопов полуавтоматических установок на их основе. В дефектоскопе МДУ-2У применена теневая и импульсная индикации сигналов от дефектов. Верхняя часть экрана трубки отведена для теневой индикации с размером кадра 35 х 140 мм, а нижняя — для импульсной с размером кадра 70 х 120 мм.
В дефектоскопе МД-40Г осуществляется воспроизводство магнитограмм на электрохимической бумаге и аналоговая запись сигналов, полученных от преобразователей. Принцип действия дефектоскопа основан на построчном считывании с магнитной ленты полей, зафиксированных в процессе контроля, с последующей обработкой и частотной селекцией сигналов. Для магнитографического контроля применяют различные магнитные ленты, отличающиеся магнитными свойствами, размерами и пр.
Дефектоскопы, у которых в качестве входного преобразователя используются индукционные и феррозондовые преобразователи, находят применение для автоматизированного контроля качества изделий из ферромагнитных материалов. Так, индукционный дефектоскоп типа ДИТ-1К предназначен для проверки труб диаметром 20… 102 мм при скорости движения менее 4 м/с. Максимальная толщина стенки контролируемой трубы 6 мм. Особен- ностью дефектоскопа является использование бесконтактной поперечной системы намагничивания. Прибор обнаруживает поверхностные дефекты глубиной более 0,22 мм, а также подповерхностные дефекты труб.
Для контроля качества холоднокатанных и холоднотянутых труб диаметром 20… 102 мм предназначен индукционный дефектоскоп ДК, а для контроля холоднокатанных полос — дефектоскоп МД-. На основе фер-розондовых преобразователей созданы установки УФКТ-1М и МД-10Ф для контроля качества ферромагнитных изделий. С их помощью выявляются трещины, волосовины, раковины в стенках труб. Феррозондовый дефектоскоп типа МД-10Ф предназначен для контроля качества бесшовных труб диаметром 20… 146 мм с толщиной стенки менее 12 мм. В дефектоскопе имеются восемь вращающихся вокруг трубы феррозондовых преобразователей, сигналы которых, пропорциональные изменению магнитного поля дефектов, обрабатываются и регистрируются восьмиканальной аппаратурой с осциллографическим индикатором и блоком автоматики. Дефектоскоп управляет работой устройства сортировки труб.
Для полуавтоматического контроля качества поверхности и сварных соединений толстостенных ферромагнитных изделий разработаны феррозондовые установки “Радиан-1М” и “Магнетон-2М”. Ряд феррозондовых магнитных дефектоскопов предназначен для контроля качества рельс, уложенных в пути. Работа дефектоскопов типа МРД основана на намагничивании в продольном направлении постоянным магнитом контролируемого участка рельса и считывании феррозондом поля дефекта. Магнитный контроль применяется для обнаружения поверхностных дефектов наплавленного слоя.
Вихретоковые дефектоскопы используют для контроля поверхности электропроводящих материалов путем возбуждения в них вихревых токов и регистрации изменения их полей дефектами. Так выявляют поверхностные и подповерхностные дефекты в сварных соединениях, измеряют геометрические размеры, определяют электрические и магнитные характеристики материалов. В дефектоскопах, как правило, реализованы амплитудно-фазовый и амплитудно-частотный способы контроля. Преобразователи дефектоскопов выполняются проходными или накладными, в зависимости от формы изделия контроля (листы, прутки, трубы, проволока и др.). Известны вихретоковые дефектоскопы ВД- и др. Чувствительность ферромагнитных материалов этих приборов позволяет выявлять дефекты с глубиной 0,1 мм и протяженностью 0,5 мм.
Вихретоковый метод можно применять также и для поиска поверхностных дефектов в наплавленном слое изделий.
Контроль герметичности. Контроль герметичности сварных соединений осуществляется с помощью течеискателей и различного рода вакуумного и пневматического оборудования: вакуумных насосов, компрессоров, газовых баллонов, редукторов, баков, вакуумных камер, манометров, вакуумметров и т. д. . Большое распространение получили газоаналитические течеискатели, избирательно регистрирующие утечки или натекания того или иного пробного газа (гелия, фреона, метана, водорода, закиси азота и т. д.).
Масс-спектрометрические гелиевые течеискатели ПТИ обладают наибольшей чувствительностью и применяются в электронной технике, авиации и космонавтике, атомной и тепловой энергетике и пр. Галогенные, электронно-захватные, плазменные течеискатели ГТИ, ПТ-2 позволяют обнаружить утечки электроотрицательных газов (хладо-нов, эль-газов и др.).
Наиболее простым и объективным методом контроля герметичности является пузырьковый. При этом в изделии создается избыточное давление газа, изделие погружается в жидкостную ванну или на контролируемые участки наносится пленка пенообразующего раствора. Появление пузырьков свидетельствует о наличии утечек. Сварные швы листовых незамкнутых конструкций проверяются на герметичность с помощью накладных вакуумных камер и вакуумных насосов. Гелиевый масс-спектрометрический течеи-скатель ТИ1-14 показан на рис. Техническая характеристика течеискателей представлена в табл.
Капиллярный контроль. Капиллярные дефектоскопы представляют собой совокупность приборов и вспомогательных средств, которыми с помощью набора дефектоскопических материалов осуществляют технологический процесс контроля сварных соединений, наплавки или поверхности металла. Аппаратура капиллярного контроля строится, как правило, в виде агрегатных комплексов средств, взаимосвязанных по функциональному назначению, конструкции, параметрам . Для капиллярной дефектоскопии могут использоваться источники ультрафиолетового излучения, портативные дефектоскопические комплекты, стационарные лабораторные и цеховые установки, а также механизированные дефектоскопические линии массовых производств.
Стационарная установка КД-20Л предназначена для облучения ультрафиолетовым светом изделий, обработанных люминесцентными материалами, при массовом производстве. Передвижная установка КД-21Л предназначена для контроля швов и поверхности крупногабаритных изделий по участкам. Отличительными особенностями установки являются возможность широкой переориентировки потока ультрафиолетового излучения и отсутствие теплового воздействия источника на оператора. Аэрозольный комплект многократного пользования КД-40ЛЦ предназначен для выполнения контроля в полевых, цеховых и лабораторных условиях, а также для повторного заполнения аэрозольных баллонов дефектоскопическими материалами. Аэрозольные баллоны кроме дефектоскопического материала содержат сжиженный газ пропелент. Он служит для создания давления в баллоне и распыления материала. При нормальном давлении пропелент испаряется и дробит дефектоскопический материал на мельчайшие частицы.
Для осмотра сварных швов в процессе контроля предусмотрен переносной ультрафиолетовый облучатель КД-ЗЗЛ.
Ультразвуковые, радиоволновые, магнитные и вихретоковые толщиномеры. Для измерения толщин стенок труб, резервуаров, корпусов судов и других видов металлоконструкций широкое распространение получили ультразвуковые толщиномеры. В табл. 3.10 показана техническая характеристика ультразвуковых толщиномеров с диапазоном измерений 0,25… 1000 мм. Погрешность измерений зависит от толщин и составляет ориентировочно: (0,5… 10) ± 0,02; (10…20) ± 0,03; (20…50) ± 0,05 мм. Толщиномеры снабжены блоками памяти, которые могут сохранять до 1800 результатов измерений. Через блок интерфейса они могут подключаться к печатающему устройству или ЭВМ. Для объектов, на которые нельзя наносить контактные жидкости, разработаны электромагнитно-акустические бесконтактные толщиномеры, например, ЭМАТ-1.
Для оценки толщины и пористости диэлектрических покрытий применяют радиоволновые, магнитные и вихретоковые толщиномеры.
Одним из основных технических требований к универсальной многоканальной системе является требование применимости состава оборудования. Это означает, что форматы сообщений, аппаратура сопряжения устройств и логика управления ими, а также конструктивные характеристики системы должны быть такими, чтобы присоединение нового устройства к данной системе не вызывало никаких изменений кроме изменений в программном обеспечении. Таким образом, можно расширять и модернизировать систему по мере выявления новых требований или разработки новых более совершенных устройств, тем самым предотвращая ее нормальное старение.
Одним из примеров подобного решения является многоканальная система АФ, построенная по модульному принципу. Модуль состоит из восьми групп (по четыре канала каждая). При необходимости контроля крупных объектов к одной ЭВМ подключается требуемое число модулей, ограничение связано только с емкостью оперативной памяти ЭВМ. В зависимости от размеров контролируемого изделия система АФ-33 может содержать 4 — 384 каналов.
В ИЭС им. Е. О. Патона разработана АЭ-система ИИСТД-1 для измерения и оценки параметров акустической эмиссии, возникающей при деформировании материала и предшествующей их разрушению. Система обеспечивает: вычисление местоположения источников АЭ; определение диагностических, энергетических и статистических характеристик процессов АЭ из разных источников; оперативное отображение и документирование информации. Информация поступает по 48 каналам. При нагружении испытываемой конструкции возникающие в зоне контроля вспышки АЭ преобразуются в электрические сигналы, усиливаются, селектируются и поступают в устройства измерения относительных задержек прихода волны. Одновременно измеряется амплитуда и энергия приходящего сигнала. Полученная информация формируется в сообщение, передаваемое в ЦВМ через устройство связи системы. Рассчитывается место вспышки АЭ, уточняется влияние амплитуды и энергии вспышки, локализуется зона эмиссии. В каждой из локализованных зон эмиссии фиксируются интенсивность последней и количество вспышек АЭ.
В процессе испытаний информация о состоянии объекта может индицироваться на видеоконтрольном устройстве и распечатываться в виде таблиц и графиков. Математическое обеспечение системы включает программы: диспетчера, рабочие и ввода информации. В системе предусмотрен аппаратурный и программно-тестовый контроль проверки ее работоспособности. Тенденции развития
— Развитие неразрушающих методов контроля тесно связано с научно-техническим прогрессом сварки и материаловедения. Пока нельзя обеспечить гарантированное качество ответственных сооружений и сварных конструкций без использования средств неразру-шающего контроля. Совершенствование средств неразрушающего контроля происходит в соответствии с достижениями в области электроники, приборостроения, вычислительной техники. Новые возможности в дефектоскопии открываются с разработкой различных компьютеризированных систем. С помощью ЭВМ обрабатываются большие объемы информации и обеспечивается высокая достоверность результатов исследований, визуализируются дефектные зоны.
— Для многих технологий свойственны дефекты с малым раскрытием (оксидные пленки, слипания, структурные пятна), выявление которых внутри соединения требуют сложных методик, характеризующихся повышенной чувствительностью, большим числом измерений и особыми алгоритмами обработки информации. При этом производится запись информации на уровне структурных шумов материала и выбор браковочных порогов, адаптированных к структуре, что можно выполнить только с использованием вычислительной техники.
— Распространение в промышленности изделий из композитных материалов, керамики и пластмасс потребует разработки низкочастотных и особовысокочастотных ультразвуковых дефектоскопов, акустических микроскопов, распространения микрофокусных аппаратов и на их основе рентгеновских микроскопов. Новые возможности открываются с созданием специальных волоконно-оптических преобразователей.
— В области наплавки и защитных покрытий возможно создание систем, измеряющих толщину слоя, его адгезию, пористость, твердость, шероховатость, химический состав, наличие внутренних дефектов и статистическое представление результатов исследований.
— Дальнейшее развитие получат комплексные системы неразрушающего контроля в технической диагностике ответственных сварных объектов, с повторяющимися отдельными видами неразрушающих испытаний. Приближаются по значимости ультразвуковые и радиационные виды неразрушающего контроля.
Сварку под водой считают сухой, если свариваемые узлы и сварщик находятся в газовой среде, промежуточной, когда осушается только зона, в которой горит дуга и небольшое пространство вокруг нее, а водолаз находится в воде, и мокрой, когда свариваемое изделие, дуга и сварщик находятся в воде. Наиболее распространен способ мокрой сварки штучными электродами и самозащитными порошковыми проволоками.
Мокрая сварка штучным электродом. Пост ручной сварки штучным электродом состоит из источника питания, электрододержателя, рубильника и сварочных кабелей. В качестве источника питания дуги используются сварочные преобразователи и выпрямители с повышенным напряжением холостого хода (70…90 В). При отсутствии электрической сети наиболее распространены автономные одно-постовые сварочные агрегаты ПАС-, которые обеспечивают повышенное напряжение холостого хода (до 100 В). Пределы регулирования силы сварочного тока 120…600 А при ПР-45%. Разработаны и внедряются в производство новые однопостовые сварочные агрегаты с дизельным приводом АДД на раме и одноосном прицепе. Пределы регулирования силы сварочного тока 60…450 А при напряжении горения дуги 36 В. Разработан и освоен выпуск сварочного преобразователя с карбюраторным двигателем АДД на одноосном прицепе. Пределы регулирования сварочного тока 30…350 А при напряжении на дуге 32 В.
Все перечисленные выше агрегаты имеют падающую внешнюю вольт-амперную характеристику и могут быть использованы при сварке и резке штучными электродами и электрокислородной резке на глубине до 60 м.
Для сварки на больших глубинах необходимы сварочные преобразователи с более высоким напряжением холостого хода, так как в этом случае кроме увеличения напряжения горения дуги необходимо компенсировать падение напряжения в удлиняющейся сварочной цепи. Для этой цели рекомендуется использовать универсальный преобразователь АСУМ, имеющий жесткую и падающую внешние вольт-амперные характеристики и повышенное напряжение холостого хода.
Источники питания дуги выполнены в морском исполнении. При отсутствии таких источников питания при сварке на малых глубинах (до 30 м) возможно использование сварочных преобразователей ПС, а также сварочных выпрямителей ВДУ.
Для подводной сварки штучным электродом используют электрододержатель ЭПС-2, рассчитанный на применение электродов диаметром 2…6 мм и на максимальную силу тока 400 А. В сварочной цепи применяют кабели, имеющие усиленную изоляцию, стойкие к морской воде и нефтепродуктам марок ГШ.
Однополюсный рубильник, рассчитанный на разрывную силу тока 400 А, включается в сварочную цепь последовательно и располагается в удобном для оператора месте.
Мокрая механизированная сварка. Пост механизированной сварки под водой состоит из источника питания дуги, полуавтомата, сварочных кабелей и кабеля цепи управления. Для механизированной сварки, в отличие от ручной, применяют источники питания с жесткой внешней вольт-амперной характеристикой типов ВДУ и преобразователь АСУ. Для сварки на глубине до 20 м возможно использование преобразователей ПСГ. Механизированная сварка выполняется на обратной полярности (плюс на электроде).
Механизированная сварка самозащитными порошковыми проволоками осуществляется специальными полуавтоматами А-1660, , разработанных Институтом электросварки им. Е. О. Патона. В конструкции перечисленных полуавтоматов имеются агрегаты и узлы, выполняющие аналогичные функциональные задачи и отличающиеся друг от друга только совершенством и надежностью исполнения.
В состав указанных полуавтоматов входят: шкаф управления; погружной контейнер с механизмом подачи порошковой проволоки и катушкой; гибкий шланг с держателем; кабель цепи управления; комплект сварочных кабелей.
Шкаф управления предназначен для начала и окончания подачи порошковой проволоки, плавного регулирования ее скорости, а также подачи сигналов появления возможных неполадок в электрической цепи. На передней панели шкафа расположены приборы, обеспечивающие контроль за параметрами сварочного процесса. Электросхема обеспечивает заданную скорость вращения электродвигателя подачи электродной проволоки независимо от возникающей при этом нагрузке.
Погружной контейнер полуавтомата изготовлен из диэлектрического материала. В контейнере располагается электродвигатель подачи электродной проволоки с понижающим редуктором, подающий механизм и катушку с электродной проволокой. Электродвигатель и редуктор размещены в стальном стакане с герметичным вводом проводов цепи управления. Стакан заполняют диэлектрической жидкостью (полисилоксаном, керосином и др.). На одной из его стенок размещена подвижная мембрана, способная передавать увеличивающееся с погружением полуавтомата на большие глубины гидростатическое давление на жидкость, слегка сжимающуюся благодаря растворенным в ней газам. Такое устройство гидрокомпенсатора позволяет эксплуатировать полуавтомат во всем диапазоне глубин континентального шельфа. Внутренняя полость контейнера заполнена водой. Однако благодаря герметичному уплотнению разъема между корпусом и крышкой контейнера токи утечки и рассеивания отсутствуют.
Гибкий шланг с держателем общей длиной до 3 м представляет собой гибкий элемент со стальной спиралью или пластиковой трубкой, по которой проволока подается к медному контактному наконечнику держателя. В случае сварки в условиях с ограниченной видимостью на контактный наконечник надевается диэлектрический чехол.
Четырехжильный кабель в цепи управления площадью сечения жил не менее 2,5 мм2 с центральным разгрузочным тросом обеспечивает подачу напряжения с блока управления на двигатель подачи электродной проволоки. Кабель вводится в погружной контейнер через герметичный ввод.
