Анализ характеристик объекта контроля

Введение

Неразрушающие методы контроля имеют очень важное значение для повышения качества и надежности изделий и материалов в различных областях народного хозяйства республики. Широкое распространение этих методов обусловлено тем, что они позволяют избежать больших потерь времени и материальных затрат.

В настоящее время широкое применение на различных машиностроительных предприятиях и предприятиях энергетики получили акустические методы контроля, в частности ультразвуковая дефектоскопия. По сравнению с другими методами неразрушающего контроля она обладает рядом важных преимуществ:

- высокой чувствительностью к наиболее опасным дефектам типа трещин;

- возможностью проводить контроль непосредственно в ходе технологического процесса, т.е. ультразвуковая дефектоскопия обладает большой производительностью;

-хорошей возможностью автоматизации контроля.

Возможность автоматизации контроля позволяет разрабатывать и внедрять в производство различные автоматические комплексы для контроля изделий в процессе производства. В состав таких комплексов могут входить не только автоматические сканеры и блоки управления ими, дефектоскопы, но и ЭВМ. При разработке автоматических устройств широко применяется интегральная электроника, что существенно позволяет снизить количество применяемых элементов, габаритные размеры блоков, повысить их надежность.

В конструктивных документах на ультразвуковой контроль сварных соединений труб, выбор угла ввода и зоны перемещения преобразователя установлен исходя из геометрических характеристик сварного соединения. При этом предполагается, что скорости распространения поперечных волн постоянны по сечению трубы и не зависят от направления прозвучивания.

Объем применения ультразвукового контроля, как у нас, так и за рубежом за последние годы достиг 70-80%. Это объясняется более высокой чувствительностью и достоверностью к обнаружению дефектов, более высокой производительностью, меньшей стоимостью и безопасностью в работе с традиционными методами радиографического контроля. Кроме т ого, в таких случаях, как, например, при контроле сварных швов большой толщины ультразвуковая дефектоскопия является единственно приемлемым методом контроля.

Анализ характеристик объекта контроля

В данном курсовом проекте необходимо разработать методику и технические средства для УЗ контроля сварного изделия. В качестве сварного соединения будем рассматривать тавровое соединение труб. Тавровым называют сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и приварен к боковой поверхности другого элемента. При тавровом соединении угол между полкой и стенкой может быть как прямым, так и отличаться от него. Сочетание толщин может быть различным. Они часто встречаются в строительных конструкциях.

Различают несколько видов тавровых соединений: без скоса и со скосом кромок с одной или двух сторон. Угол обычно принимают равным 55-60^о, а зазор между соединяемыми элементами 0,5-1 мм [4]. Внешний вид объекта контроля представлен на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Внешний вид объекта контроля

Технология изготовления сварного соединения, представляющего собой тавр, заключается в следующем: два листа, изготовленных из стали 20 (в данном случае), соединены с трубой при помощи ручной дуговой сварки по ГОСТ 5264-80.

Материал изделия – сталь 20 – сталь конструкционная углеродистая качественная, микроструктура такой стали, представляет собой зёрна со средним размером, около 60 мкм.

Акустические характеристики материала изделия приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Акустические характеристики материала изделия

Мате- риал	Модуль упругости Е, Па	Модуль сдвига G, Па	Плотность	Коэффициент Пуассона m	Скорость звука, м/с	Волновое сопротивление zпр, Па×с/м^10
продольных волн	поперечных волн
Сталь20	1.9 ×10^9	80 ×10^10	7,77×10^3	0,28			45,6

Коэффициент затухания ультразвука частотой f=2,5 МГц для стали 20 равен d = 0,009 дБ/мм для продольных и поперечных волн.

Для обеспечения качественного провара и формирования сварного шва выполняют подготовку кромок под сварку. Элементами геометрической формы подготовки кромок под сварку являются угол разделки кромок α, зазор между стыкуемыми кромками b.

Существующие способы сварки позволяют сваривать без разделки кромок металл ограниченной толщины – до 5 мм. Поэтому при сварке металла большой толщины необходимо разделывать кромки для доступа сварочной дуги в глубь соединения и полного проплавления кромок на всю их толщину.

Стандартный угол разделки кромок в зависимости от способа сварки и типа соединения изменяется от 45±2^о до 12±2^о. От типа разделки и величины разделки кромок зависят количество дополнительного металла для заполнения разделки, а значит и производительность сварки.

Притупление с обычно составляет 2±1 мм. Его назначение - обеспечить правильное формирование шва и предотвратить прожоги в корне шва.

Зазор b обычно равен 1-2 мм. Наличие зазора необходимо, чтобы проварить корень шва [4].

Рисунок 1.4 – Элементы геометрической формы подготовленных под сварку тавровых швов

Согласно ГОСТ 5264-80 существует несколько видов геометрической формы подготовленных кромок под сварку тавровых швов. Наиболее подходящим видом является соединение деталей с углом равным 90^о, толщиной изделия (исходя из задания) S=16 мм.

На рисунке 1.4 сварка выполнена с двумя скосами одной кромки, характер выполненного шва – двусторонний. Уловное обозначение соединения – Т8. Геометрические размеры такого соединения: е=12±2 мм; b=3±2 мм; к=0,15S÷0. 5S, примем к=0,25S=4 мм; α=45⁰±2⁰; h=1-2 =9,5 мм. Для сварки соединения Т8 допускается притупление С=5±2 мм.

Основными дефектами сварного шва из данного материала являются непровары в корне шва, несплавления по кромкам шва, вертикальные и горизонтальные трещины, поры, цепочки пор и шлаковые включения [4].

Дефекты при сварке металлов образуются вследствие нарушения требований нормативных документов к сварочным материалам, подготовке, сборке и сварке соединяемых элементов, термической и механической обработке сварных соединений и конструкции в целом.

В сварных соединениях, выполненных ручной дуговой сваркой, различают дефекты в зависимости от причин возникновения и места их расположения.

К первой относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения. Это кристаллизационные и холодные трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые каналы, флокены, зона несплавления, утяжины и другие.

Ко второй группе дефектов, которая называется дефектами формирования швов, т.е. дефекты, происхождение которых связано с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования. К таким дефектам относят: непровары, подрезы, наплывы, прожоги, кратеры, несимметричность расположения угловых швов, уменьшение размеров швов и другие [4].

Наиболее опасными дефектами тавровых соединений являются трещины и непровары. Размеры выявляемых дефектов: b_min=1.5×10^-3 м, b_max=6×10^-3 м.

Трещина – несплошность, вызванная местным разрывом шва, который может возникнуть в результате охлаждения или действия нагрузок.

Различают несколько видов трещин:

- микротрещина;

- продольная трещина;

- поперечная трещина;

- радиальная трещина;

- трещина в кратере;

- раздельная трещина;

- разветвленная трещина.

Чаще всего трещины образуются в жестко закрепленных конструкциях, они могут располагаться вдоль и поперек сварного соединения, а также в основном металле, в местах пересечения и сосредоточения швов.

Трещины являются наиболее опасными дефектами сварных швов. Трещины могут возникать в сварном шве и в околошовной зоне. Трещины по происхождению делятся на холодные и горячие, по расположению — на поперечные и продольные, по размерам — на макро- и микроскопические. Трещины в сварных швах образуются во время и после сварки. Образованию трещин способствует повышенное содержание углерода в наплавленном металле, а также серы, фосфора и водорода. Холодные трещины возникают при температурах 100—300°С в легированных сталях и при нормальных температурах в углеродистых сталях.

Причинами образования трещин являются несоблюдение технологии и режимов сварки, неправильное расположение швов в сварной конструкции, что вызывает высокую концентрацию напряжений, приводящих к полному разрушению изделия. Большие напряжения в сварных конструкциях возникают при несоблюдении заданного порядка наложения швов. Поверхностные трещины в сварных швах вырубают полностью и заваривают вновь. Чтобы в процессе вырубки трещина не распространялась дальше по шву, необходимо перед вырубкой засверливать трещины по концам.

Непровар – несплавление основного металла по всей длине шва или на участке, возникающее вследствие неспособности расплавленного металла проникнуть в корень соединения. Причинами образования непроваров являются: плохая подготовка кромок свариваемых деталей, малое расстояние между кромками деталей, неточное направление электродной проволоки относительно места сварки, недостаточный сварочный ток или чрезмерно большая скорость сварки, неустойчивый режим сварки и т.п.

Пора – несплошность сферической формы средним диаметром от 0,01 мкм до нескольких миллиметров в сплошном металле. Пористость в сварных швах появляется в результате, того, что газы, растворенные в жидком металле, не успевают выйти наружу до затвердевания поверхности шва. Поры делают сварной шов неплотным и уменьшают его механическую прочность. Причинами образования пор являются плохая зачистка свариваемых кромок и присадочной проволоки от грязи, ржавчины, масла, повышенное содержание углерода в основном металле, большая скорость сварки, неправильный выбор характера сварочного пламени и марки проволоки. Газовые поры располагаются цепочкой на некотором расстоянии друг от друга или в виде скоплений размером от сотых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Иногда поры выходят на поверхность, образуя свищи. Поры могут быть внутренние, наружные и сквозные. Участки сварных швов с порами исправляют вырубкой дефектных мест до основного металла с последующей заваркой. [ ]

Внешний вид трещин представлен на рисунке 1.5.

Рисунок 1.5 – Внешний вид трещин сварного шва таврового

Соединения

Непровар в тавровом соединении выглядит следующим образом:

Рисунок 1.6 – Внешний вид непровара сварного шва таврового

соединения

Пора в тавровом соединении выглядит следующим образом:

Рисунок 1.7 – Внешний вид поры сварного шва таврового соединения

Дата добавления: 2015-09-05