— Основное направление развития оборудования для пайки — механизация и автоматизация технологических процессов. Для газопламенной и индукционной флюсовой пайки можно добиться высокой степени автоматизации всех технологических операций: нагрева, нанесения припоя и флюса (чаще всего пасты, включающей оба компонента), очистки после пайки и др. Все большее распространение получат установки с программным управлением. Основной род установок — конвейерные и карусельные. Перспективны разработки установок как широкого профиля, так и узкоспециализированных, например, установок для газопрессовой пайки.
— Перспективно развитие компактных источников для получения кислородно-водородного пламени за счет электролиза воды. Кроме замены дефицитного ацетилена можно существенно изменить процесс газопламенной пайки, ввиду более легкого программного дозирования количества теплоты. Такие источники могут быть применены для деталей различных размеров, в том числе миниатюрных. Эффективно применение новых источников теплоты: светового, лазерного, инфракрасного излучения, причем как при высокотемпературной, так и при низкотемпературной пайке. Программное управление технологическим процессом при этом легко реализуется.
— Автоматизированные технологические линии с использованием низко- и высокотемпературной пайки как ведущего технологического процесса, например для узлов радио и электронной промышленности, различного рода теплообменников (например, автомобильных и тракторных радиаторов и др.) должны быть оснащены оборудованием не только для пайки, но и для подготовительных и вспомогательных операций.
— При увеличении производства изделий из новых материалов, в том числе неметаллических, значительно возрастает потребность в оборудовании для пайки в различных защитных средах, особенно в вакууме. Перспективно применение установок со сложными технологическими процессами, например, с ионной очисткой изделий перед пайкой, нанесением после этого покрытий и др. оборудования для пайки как на воздухе, так и в вакууме. В частности, большие перспективы имеют карусельные вакуумные установки (типа У-925, П-126).
— Большие возможности имеются в разработке вспомогательного оборудования: для нанесения припоев, очистки поверхности изделий перед пайкой и после нее для получения порошков припоев, аморфных лент, паяльных паст и др. Унификация узлов и агрегатов позволит компоновать новые установки из имеющихся компонентов. Одной из неотложных задач являются стандартизация и создание банка данных по оборудованию на современном уровне, когда эти данные можно анализировать с помощью компьютера.
Многообразие физических методов нераз-рушающего контроля качества сварных соединений, широкий ассортимент сварных изделий и специфичность требований технических условий на них, объем производства и квалификация персонала предопределяют необходимость в широком выборе средств контроля с целью получения наибольшей технико-экономической эффективности от их применения.
В соответствии с классификацией методов неразрушающего контроля (НК) можно выделить оборудование для радиационного, ультразвукового, магнитного, вихретокового, капиллярного контроля, контроля герметичности. Широко применяются ультразвуковые, магнитные, вихретоковые и радиоволновые толщиномеры.
Радиационный контроль. При радиационном контроле сварных соединений в качестве источников проникающего излучения используют рентгеновские аппараты, гамма-дефекто-скопь!, ускорители заряженных частиц и другие устройства. Стационарные, передвижные и переносные рентгеновские аппараты подразделяются на кабельные и моноблочные. В кабельных аппаратах генератор высокого напряжения и рентгеновская трубка выполнены как отдельные блоки, соединенные между собой высоковольтным кабелем, а в моноблочных они находятся в одном корпусе
В зависимости от анодного напряжения рентгеновские аппараты могут быть непрерывного действия и импульсные. В импульсных аппаратах под воздействием импульса высокого напряжения образуется мощный импульс излучения. Эти аппараты, благодаря малым размерам, обладают повышенной технологической маневренностью, что позволяет использовать их в условиях монтажа.
Техническая характеристика рентгеновских аппаратов непрерывного действия приведена в табл. , а импульсных — в табл. также приведены сведения о специализированных аппаратах “Рейс-100И” и “Сире на-3″. Аппарат “Сирена-З” способен перемещаться со скоростью 20 м/мин внутри трубы на расстояние до 36 м. На рис. 3.1 показан рентгеновский аппарат РАП.
Для дефектоскопии сварных соединений в условиях монтажа чаще всего используются гамма-дефектоскопы, состоящие из следующих основных блоков: радиационной головки с источником излучения, коллими-рующей насадки, ампулопровода, механизма управления (ручного или электромеханического). Дефектоскопы с электромеханическим приводом имеют дистанционный пульт управления. В зависимости от вида и назначения дефектоскопы комплектуются также штативами, транспортными или самоходными те- лежками. Техническая характеристика гамма-дефектоскопов приведена в табл.
В качестве высокоэнергетических источников тормозного рентгеновского излучения, обеспечивающих радиографический контроль сварных соединений, литья и проката толщиной до 500 мм по стали, используют ускорители, сообщающие электронам кинетическую энергию в диапазоне 1…100 МэВ. Отечественной промышленностью выпускаются три типа ускорителей — линейные, бетатроны и микротроны. Техническая характеристика некоторых из них представлена в табл.
Радиография основана на регистрации ионизирующих излучений с помощью серебросодержащих детекторов на прозрачной и непрозрачной основах (рентгеновских пленок, бумаг). В последние годы находит применение электрорадиография, которая основана на использовании полупроводниковых детекторов (пластин или цилиндров), сенсибилизируемых и обрабатываемых после экспонирования в специальной компактной аппаратуре. При этом изображение получают на обычной писчей бумаге. Получили распространение электрорадиографические аппараты типа ЭРЕНГ.
Для непрерывного контроля сварных швов применяют интроскопы, состоящие из рентгеновского аппарата, электронно-оптического преобразователя и видеоконтрольного устройства. В процессе контроля изделие равномерно перемещают между рентгеновской трубкой и приемником излучения (электронно-оптическим преобразователем). Такой контроль обеспечивает чувствительность 3…4% при просвечивании стали толщиной до 30 мм, с устройствами накопления 1,0… 1,5%.
Техническая характеристика некоторых радиационных интроскопов приведена в табл. 3.5. Новые возможности в определении распределения плотности, структуры пространственного армирования открываются с использованием различных радиационных томографов. В табл. 3.6 приведены технические данные радиационных томографов объединения “Спектр”. Томографический снимок — это изображение среза изделия в интересующей плоскости.
Ультразвуковой контроль. Широкое распространение в промышленности и строительстве получили импульсные ультразвуковые дефектоскопы (УЗД), предназначенные для обнаружения внутренних дефектов в материалах и сварных соединениях, работающие в диапазоне частот 0,02…30 МГц . В общем случае УЗД включает: генератор электрических импульсов ультразвуковых частот; блок синхронизации и развертки; усилитель; блок индикации; блок автоматической сигнализации о наличии дефекта; блоки временной регулировки чувствительности и питания.
В зависимости от области применения УЗД подразделяют на дефектоскопы общего назначения и специализированные. По целевым функциям дефектоскопы классифицируют на четыре группы: 1) только для обнаружения дефектов (пороговые УЗД); 2) для нахождения дефектов, измерения глубин их залегания и измерения отношений амплитуд сигналов от дефектов; 3) для обнаружения дефектов, измерения глубин их залегания и эффективной площади дефектов; 4) для обнаружения дефектов распознавания их формы или ориентации, измерения глубин залегания, условных размеров.
Основные характеристики отечественных дефектоскопов общего назначения приведены в табл. С их помощью осуществляется ручной контроль сварных соединений эхо-методом, теневым и зеркально-теневым методами. Наиболее распространенный импульсный ультразвуковой дефектоскоп УД2-12 показан на рис. 3.2. Эти дефектоскопы позволяют определять глубину залегания дефектов по цифровому индикатору и оценивать условные размеры дефектов путем измерения отношений амплитуд сигналов, отраженных от дефектов. Дефектоскоп УД2-12 дополнительно позволяет осуществлять ручную настройку на 12 программ работы и автоматическую настройку на заданный режим всех параметров контроля. Для ввода ультразвуковых волн в металл применяются преобразователи различного рода: прямые, наклонные, раздельно-совмещенные, с постоянным и переменным углами ввода, матричные и др.
Основным преимуществом компьютеризированных систем перед обычными ультразвуковыми приборами является существенное повышение объективности и достоверности результатов исследования, которое достигается благодаря следующим новым возможностям оборудования: автоматической регистрации траектории сканирования преобразователя с одновременной записью всех сигналов, поступающих на приемное устройство от объекта; регистрации параметров настройки для последующего воспроизведения анализа и документирования; получению изображения дефекта в трех ракурсах (виды сверху, с торца и сбоку).
Компьютеризированная система П-скан (Дания) состоит из трех основных частей: набора специальных сканирующих устройств, позволяющих фиксировать местоположение и траекторию сканирования преобразователя; переносного программируемого процессора PSP-3 для сбора первичной информации о состоянии контролируемого объекта; персонального компьютера и программного обеспечения для последующего анализа полученных данных и документирования.
В ходе сканирования данные о местоположении преобразователя поступают с датчиков в память процессора. В каждой точке, соответствующей заданному шагу сканирования, в память процессора заносятся максимальные значения огибающей эхо-сигналов вдоль луча. Эта информация представляется на дисплее процессора в виде трехмерного изображения, контролируемого объема в проекциях сверху {ТОР), сбоку {SIDE) и с торца {END). Для отсечки сигналов малой амплитуды, связанных с отражениями от структуры металла, на дисплее в виде черных точек отображаются только те эхо-сигналы, которые превышают заранее установленный уровень отображения.
Таким образом, в ходе сканирования при правильно выбранном уровне отображения оператор может видеть области контролируемого участка, которые были прозвучены, и области, в которые акустические волны по каким-то причинам не попали. Такая форма регистрации данных позволяет оператору проводить контроль и в необходимых случаях принимать дополнительные меры по более тщательному сканированию, а также улучшению акустического контакта. По окончании сканирования все данные переносятся из памяти прибора на гибкий магнитный диск. При этом одновременно производится автоматический перенос данных в долговременную память всех режимов настройки.
В необходимых случаях с помощью встроенного в процессор Р8Р-3 печатающего устройства можно выполнить распечатку с результатами контроля. Для полного анализа данных и подготовки заключительной формы отчета о проведенном обследовании применяется персональный компьютер. В этом случае в качестве исходной информации используются данные, записанные при контроле на гибкий магнитный носитель. Форма изображений результатов аналогична форме изображений на дисплее процессора, однако информативность графических изображений значительно увеличена.
Делается цветовая кодировка сигналов, статистическая обработка данных. Компьютер обеспечивает цветовую кодировку в двух режимах: “кодировка изображения” и “кодировка уровней”. В первом режиме цвет изображений соответствует номеру временного интервала на звуковом луче, в котором находятся данные эхо-сигналы. Такие интервалы могут соответствовать, например, зонам контроля прямым и однократно • отраженным лучами. Этих зон может быть максимум четыре для данного контролируемого объема и для их кодировки используется четыре цвета. В режиме “кодировка уровней” восемь градаций цвета соответствуют амплитуде эхо-сигнала независимо от того, в каком временном интервале он находится, и используются для оценки величины дефекта. Результаты обследования представляются в виде цветных распечаток, аналогичных изображениям на дисплее компьютера.
В зависимости от назначения, обусловленного методикой контроля, различают прямые, наклонные (призматические) и раздельно-совмещенные ультразвуковые преобразователи. Прямые преобразователи типа П111 в основном используют для выявления несплошно-стей в материалах и сварных швах со снятым валиком усиления теневым или эхо-импульсным методом. Наклонные преобразователи типа П служат для контроля сварных соединений как теневым, так и эхо-импульсным методами с вводом ультразвуковых волн в зону сварного шва через стенку изделия под углом к поверхности. Раздельно-совмещенные преобразователи типа П112 эффективны для выявления расслоений в материале сварных соединений, пор и шлаковых включений в швах, а также несплавлений в слоистых материалах, получаемых сваркой трением и взрывом.
Для ультразвукового контроля в иммерсионном варианте, когда изделие погружается в ванну и ввод ультразвуковых волн осуществляется через толстый слой жидкости, применяют иммерсионные преобразователи типа П.
При механизированном и автоматизированном контроле сварных соединений и наплавки, чаще всего используют щелевой (полуиммерсионный) ввод УЗ-колебаний и прием отраженных сигналов через локальную жидкостную ванну. Для создания такой ванны в зазоре (щели) между преобразователем и поверхностью изделия применяют уплотняющие устройства всевозможных конструкций. Преобразователи, снабженные устройствами для создания щелевого зазора и локализации контактной жидкости, получили название ультразвуковых искательных головок. Такая искательная головка обеспечивает возможность контроля сварных соединений с прямолинейной, вогнутой, выпуклой или переменного профиля поверхностью без подгонки и притирки уплотняющего элемента по изделию.
По уровню механизации оборудование можно подразделить на средства малой механизации и автоматизированные системы. К средствам малой механизации относится тележка-дефектоскоп НК-120 для УЗК сварных швов полотнищ из листовой стали (например, заготовок рулонированных резервуаров). Тележка представляет собой платформу с расположенными по продольной оси катками, профиль которых зеркально повторяет профиль валика усиления сварных швов сваренного полотнища. Перемещаясь по сварному шву, дефектоскоп контролирует его с помощью двух или четырех преобразователей, расположенных по обе стороны от валика усиления.
Примером автоматизированной установки является установка НК-106, предназначенная для ультразвукового контроля сварных швов газонефтепроводных труб большого диаметра в потоке сварочных станов. Отличительными особенностями установки НК-106 являются: система отслеживания поверхности трубы; механоакустический блок, обеспечивающий возможность осуществлять контроль по прямой, К-образной и Ж-образной схемам. Контроль проводится при расположении сварных швов в горизонтальной плоскости за один проход.
Для контроля качества сварки взрывом биметаллических труб и три металлических колец созданы автоматизированные установки НК с раздельно-совмешенными преобразователями. Контроль осуществляется при вращении изделий и прямолинейном движении искательной головки, т. е. при относительном перемещении головки по спиральной траектории с шагом 8 мм. Компьютер, согласно заданной программе, управляет работой приводов, обрабатывает и выдает на экране дисплея информацию о качестве акустического контакта, наличии дефектов и их координатах, осуществляет распечатку информации в цифровом виде и управляет работой отметчика дефектов.
Ультразвуковой контроль наплавки чаще всего применяется в энергетическом машиностроении и для контроля элементов буровой техники. При контроле наплавки контролируется зона сплавления основного и наплавленного металла и непосредственно наплавленный слой изделия. При ультразвуковом контроле наплавки обычно применяют прямые или раздельно-совмещенные преобразователи.
Контроль проводится как со стороны основного металла, так и со стороны наплавленного слоя. Например, в Институте электросварки им. Е. О. Патона разработаны установка и технология автоматизированного ультразвукового контроля цапф лап буровых долот.
Для контроля кольцевых швов сваренных газо- и нефтепроводов диаметром 720… 1420 мм в полевых условиях предназначено полуавтоматическое устройство НК-143 “Спутник” , транспортная часть которого разработана на базе устройства для газовой резки труб “Ор-бита-2″. Устройство устанавливается на трубу и крепится с помощью разъемных поясов, являющихся направляющими для самоходного механоакустического блока. Два многоэлементных преобразователя подвешены шарнир-но в вилках амортизаторов и располагаются по обе стороны сварного стыка.
