ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ШВОВ

УДК 62-1/-9 Злоцкая Софья Михайловна Институт Сервиса и отраслевого управления Тюменский Индустриальный Университет Россия, г. Тюмень e-mail: sonyastrk@gmail.com Андриянов Денис Олегович Институт Сервиса и отраслевого управления Тюменский Индустриальный Университет Россия, г. Тюмень ФЕРРОЗОНДОВЫЙ МЕТОД НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ШВОВ Аннотация: В данной статье рассмотрена технологии проведения феррозондового контроля сварных швов. Проанализированы наружные и внутренние дефекты сварных швов и с методы выявления. Приведён пример расчёта контроля качества сварного шва. Ключевые слова: шов, феррозондовый метод, контроль, дефекты Zlotskaya Sofya Mikhailovna Institute of Service and Industrial Management Tyumen Industrial University Russia, Tyumen Andriyanov Denis Olegovich Institute of Service and Industrial Management Tyumen Industrial University Russia, Tyumen FERROSONDE METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF SEAMS Abstract: This article discusses the technology of conducting flux-gate inspection of welds. The external and internal defects are analyzed. An example of calculating the quality of a weld is given. Keywords: seam, fluxgate method, control, defects По современным представлениям магнитные явления (независимо от того, где и как они проявляются) всегда связаны с движением электрических зарядов (закон Био-Савара-Лапласа). 1 Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 https://tribune-scientists.ru Используя понятие фиктивной магнитной массы, можно объяснить некоторые характеристики магнитного поля по аналогии с характеристиками электростат.ического поля. Основанием для этой аналогии служат следующие известные экспериментальные факты:  Определенные материалы, находясь в подвешенном состоянии, ориентируются в направлении север – юг, такие материалы называются магнитами. Конец магнита, обращенный на север, называется северным, или положительным, полюсом магнита, а противоположный – южным, или отрицательным;  Некоторые тела, не проявляющие в исходном состоянии магнитных свойств, могут приобрести их при поднесении этих тел достаточно близко к полюсам магнита. При этом на конце тела, обращенного к полюсу магнита, индуцируется магнетизм противоположного знака, а на удаленном конце – магнетизм того же знака, что и у полюса магнита;  Если тонкий магнит поднести к железным опилкам, то опилки притягиваются с наибольшей густотой вблизи концов магнита и не притягиваются к средней части магнита. Отсюда следует, что магнетизм как бы сосредоточен в области концов магнита. Если толщина магнита значительно меньше по сравнению с его длиной, то его называют магнитным диполем. Если взять два диполя, то их взаимодействие сведется к взаимодействию обращенных друг к другу «точечных» полюсов, которое подчиняется тому же закону Кулона, что и взаимодействие точечных электрических зарядов с силой. , (1) где qm1 и qm2 – точечные магнитные массы; μ – магнитная проницаемость (коэффициент, учитывающий роль среды, для вакуума μ0 = 4π·10–7 Гн/м – магнитная постоянная); r – кратчайшее расстояние между qm1 и qm2, м. 2 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 rπμr4qqF32m1m Рис.1. Ориентация свободно подвешенного магнита в поле Земли При проведении аналогии между явлениями магнитостатики и электростатики следует помнить об отсутствии раздельного существования положительного и отрицательного магнетизма. Для того чтобы перейти к характеристикам магнитного поля, создаваемого магнитным зарядом, например, зарядом 1 (с вышеизложенным пониманием выражения «магнитный заряд»), необходимо, представив другой заряд пробным, сократить выражение (1) на единицу пробной магнитной массы (в данном случае – на qm2). Результатом преобразования будет характеристика магнитного поля, именуемая напряженностью: . (2) В выражении (2) и далее не ставится цифровой индекс пробной магнитной массы, так как потенциально ее выбор не принципиален. Таким образом, напряженность поля точечной магнитной массы. 3 Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 https://tribune-scientists.ru mqFH. (3) Наряду с напряженностью магнитного поля вводится понятие магнитной индукции: . (4) При отсутствии сильных внешних источников магнитного поля напряженность магнитного поля Земли на некотором уровне относительно ее поверхности должна быть достаточно стабильной. Интерес представляет измерение значения и определение направления вектора напряженности магнитного поля в пространстве, имеющем в своем объеме возмущающие источники магнитного поля в виде объектов железнодорожного транспорта, подвергаемых феррозондовому контролю. Детали намагничиваются стационарными магнитами, и контроль проводится в режиме остаточной намагниченности, при котором напряженность на поверхности детали достигает 1000 А/м. Результат этого взаимодействия и является предметом исследования, так как по технологии проведения феррозондового контроля вышеперечисленные объекты размагничиванию не подлежат (ни в лаборатории магнитного контроля или на участке контроля, ни в эксплуатации). Феррозондовый метод неразрушающего контроля является одним из немногих технологичных методов для объектов контроля, который обеспечивает требуемый уровень достоверности. Феррозондовый метод «хорошо работает» при контроле сварных швов. Различают допустимые и не допустимые значения дефектов сварных швов от степени снижения технических параметров изделия по прочности. При допустимых нарушениях исправление дефектов сварки не производится При недопустимых их устранение необходимо. 4 Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 https://tribune-scientists.ru rπμr4qH3mHμB+ + 𝑁𝑖+𝐶𝑢 15 𝐶𝑟+𝑉+𝑀𝑜 5 ГОСТ 30242-97. Определяет соответствие шва нормам и пригодность изделия к эксплуатации. Чувствительность сварного соединения на образование холодных трещин оценивают эквивалентным содержанием углерода свариваемого металла. Эквивалент углерода Сэкв,%, определяют по эмпирическим формулам, одна из которых имеет следующий вид: 𝑀𝑛 +𝑃 Сэкв=С+ 2⁄ (1) 6 Стали, у которых Сэкв≤0,45 %, считаются не склонными к образованию холодных трещин при сварке. При Сэкв>0,45 %, стали становятся склонными к трещинам. Показателем, указывающим на охрупчивание стали из-за структурных превращений, является твердость зоны термического влияния. Для обычных нелегированных и низколегированных сталей твердость зоны термического влияния должна быть не выше HV350. Возможную максимальную величину твердости определяют расчетным путем на основе химического состава стали: 𝐻𝑉𝑚𝑎𝑥=90+1050∙𝐶+47∙𝑆𝑖+75∙𝑀𝑛+30∙𝑁𝑖+31∙𝐶𝑟 , (2) Если предварительная оценка свариваемости указывает не склонность стали к образованию холодных трещин, чаще всего применяют предварительный подогрев свариваемого изделия. Температуру, Т, ℃, предварительного подогрева рассчитывают по формуле: 𝑇=350√𝐶об∙0,25 (3) где 𝐶об - общий эквивалент углерода, который является суммой эквивалентов углерода Сэкв и С𝑠, последний зависит от толщины свариваемой конструкции, мм: Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 https://tribune-scientists.ru 5  𝐶об=Сэкв+С𝑠 , (4) где, С𝑠 – определяется по формуле (5): С𝑠=0,005∙𝑆∙Сэкв (5) Таким образом, 𝐶об=Сэкв∙(1+0,005∙𝑆) (6) Чувствительность сварного соединении HCS к образованию горячих трещин можно определить по формуле: 𝐶(𝑆+𝑃+𝑆𝑖 25⁄+𝑁𝑖 100⁄)∙103 𝐻𝐶𝑆= (7) 3∙𝑀𝑛+𝐶𝑟+𝑀𝑜+𝑉 Если HCS < 4, то горячие трещины в сварном соединении не образуются. Для высокопрочных сталей большой толщины необходимо, чтобы HCS < 1,6-2. 2 Пример решения 08Х16Н11М3 ГОСТ 0,08 C 0,8 Si 1,0-1,7 Mn 15-17 Cr 10-12 Ni Mо 1,9-2,6 0,025 S P 0,025 https://tribune-scientists.ru Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 6  Cu - V - Ti - Ni - Al - DIN X5CrNiMo17122 0,07 C Si 1 Mn 2 Cr 16,5-18,5 10,5-13,5 Ni Mо 2,0-2,5 0,030 S P 0,045 - Cu V - - Ti Ni - Al - 3 Расчетная часть ГОСТ Cэкв = 0,08+0,225+3,65+0,7+0,0125 = 4,67% HVmax = 90+1050∙0,08+47∙0,8+75∙1,35+30∙11+31∙23,5 = 1371,35 Cоб = 4,67∙(1+0,005∙0,025) = 4,7 % T = 350√4,7∙0,25 = 189 о C HCS = 0,08(0,025+0,025+0,032+0,11)∙103∕22,3 = 15,36∕22,3 = 0,688 кг/мм DIN Cэкв = 0,07+0,33+3,95+0,8+0,0225 = 5,17% 7 Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 https://tribune-scientists.ru HVmax = 90+1050∙0,07+47∙1+75∙2+30∙12+31∙17,5 = 1263 Cоб = 5,17∙(1+0,005∙0,03) = 5,2 % T = 350√5,2∙0,25 = 200 о C HCS = 0,07(0,03+0,045+0,04+0,12)∙103∕25,75 = 16,45∕25,75 = 0,638 кг/мм Вывод:  сталь 08Х16Н11М3 при Cэкв > 0,45% (Cэкв =4,67%), склонна к образованию холодных трещин. 𝐻𝑉𝑚𝑎𝑥= 1371,35, следовательно, твердость зоны термического влияния очень велика. Чувствительность сварного соединения HCS < 1,6-2 (HCS= 0,688 кг/мм) – горячие трещины в сварном соединении не образуются.  сталь X5CrNiMo17122 при Cэкв > 0,45% (Cэкв =5,17%), склонна к образованию холодных трещин. 𝐻𝑉𝑚𝑎𝑥= 1263, следовательно, твердость зоны термического влияния очень велика. Чувствительность сварного соединения HCS < 1,6-2 (HCS= 0,638 кг/мм) – горячие трещины в сварном соединении не образуются. При исследовании стыковых соединений образцов самыми частыми дефектами были наплывы, чешуйчатость и подрезы. При исследовании тавровых соединений образцов самыми частыми дефектами были наплывы, поры, неравномерность по ширине, нарушена геометрия шва и катет. Такой дефект как прожог не был выявлен не в одном из представленных исследований. Журнал «Трибуна ученого» Выпуск 01/2020 8 https://tribune-scientists.ru