СВАРКА, РЕЗКА И ПАЙКА МЕТАЛЛОВ

МАГНИТНЫЙ, ЗВУКОВОЙ И ДРУГИЕ СПОСОБЫ КОНТРОЛЯ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Способы магнитного контроля сварных изделий. Из различных ■способов магнитного контроля для сварных изделий некоторое при­менение нашли метод магнитных порошков и индукционный метод. Если намагнитить изделие (фиг. 207) и на пути потока располо­жить дефектный участок с пониженной магнитной проницаемостью, то он вызовет местное искажение потока рассеяния у поверхности
металла. Местный поток рассеяния создаст у краёв дефекта мест­ные магнитные полюса, северный у выхода силовых линий из ме­талла в воздух и южный у входа линий из воздуха в металл.

Магнитные полюса могут быть обнаружены, например, по при­тяжению мелких ферромагнитных частиц. Если взять тонкий поро­шок ферромагнитного материала, например железа или магнитных окислов железа, и насыпать его на поверхность изделия, то распределе­ние порошка будет неравномерным, образуя местное скопление у дефек­тов (фиг. 208). В качестве порошка обычно применяются магнитные оки­слы железа. Из различных окислов железа наиболее магнитна закись - окись ЕезО).

Порошки для магнитного контро­ля могут изготовляться нагреванием слабомагнитной окиси железа ЕегОз в восстановительной атмосфере; по мере отнятия кислорода цвет окиси становится всё более тёмным, пере­ходя от тёмнокрасного к чёрному, а магнитные свойства усилива­ются. В зависимости от степени восстановления можно получить по­рошки с различными свойствами. В качестве исходного материала для магнитных порошков часто берётся крокус — очень тонкий поро­шок окиси железа, применяющийся для полировки металлов.

сГ

го

О

3=

ц,,;, ц'1

-ч. згг

Фиг. 208. Скопления магнитного порошка.

В настоящее время заводами чаще всего применяется простой и дешёвый в изготовлении магнитный порошок, предложенный С. Т. Назаровым. Порошок представляет собой тонко размолотую в шаровой мельнице железную окалину, образующуюся на поверх­ности стали при горячей обработке.

Для улучшения подвижности частиц часто применяется суспен­зия из магнитного порошка, взболтанного в лёгком минеральном масле или керосине; соответственно различают сухой и мокрый ме­тоды контроля магнитными порошками.

Намагничивание изделия может производиться электромагни­тами или, что проще и удобнее, путём обмотки изделия гибким про­водом, по которому пропускается электрический ток, преимуще­ственно постоянный. Практически таким путём можно намагничи­вать изделие любых размеров, например паровой котёл, станину крупной машины и т. д. Опыт показывает, что для целей магнит­ного контроля обмотка в 1000 ампервитков достаточна для намаг­ничивания изделия любого размера.

При питании обмотки постоянным током от сварочного генера­тора силой 200 а для намагничивания изделия любых размеров достаточна обмотка из пяти витков провода. Методом контроля магнитными порошками могут быть выявлены мелкие трещины, плохо выявляемые внешним осмотром без магнитного порошка, в особенности трещины в зоне влияния на сталях, чувствительных к термообработке: Могут быть выявлены также внутренние дефекты, в особенности трещины, лежащие у поверхности. Дефекты, лежа­щие на глубине более 5—6 мм, методом магнитных порошков, как правило, не выявляются.

При дуговой сварке изделия намагничиваются сварочным током и сохраняют часто достаточно сильное остаточное намагничивание, пригодное для контроля магнитными порошками. Налёт на поверх­ности изделия, образующийся при дуговой сварке, состоит из мель­чайших частиц окислов железа, обладающих достаточными магнит­ными свойствами для целей контроля. Часто можно наблюдать, что налёт скопляется у трещин и других дефектов, делая их более за­метными. Поэтому изделия, изготовленные из сталей, склонных к образованию трещин, рекомендуется просматривать по окончании дуговой сварки до очистки швов и удаления налёта, образованного сваркой.

Из электромагнитных приборов индукционного типа для кон­троля сварных швов в Советском Союзе известен и находит неко­торое промышленное применение электромагнитный дефектоскоп

системы Хренова и Назаро­ва. Принципиальная схема дефектоскопа дана на фиг. 209. На контролируемое изде­лие устанавливается электро­магнит переменного тока, со­здающий переменный маг­нитный поток в металле изде­лия. Этот поток создаёт в металле изделия (фиг. 210) систему переменных вихре­вых токов, которые, в свою

очередь, создают переменные потоки рассеяния у поверхности изде­лия. При однородном сплошном металле без включений и дефектов плотность вихревых токов и потоков рассеяния плавно уменьшается по мере удаления от намагничивающего электромагнита. Наличие дефекта вызывает местное искажение распределения вихревых то­
ков и потоков рассеяния. Распределение потоков рассеяния у поверх­ности изделия исследуется искателем, представляющим собой неболь­шую индукционную катушку с железным сердечником, закрытую толстостенным экраном из ме­ди или алюминия, образую­щим корпус искателя (фиг.

211).

Созданная в катушке иска­теля потоками рассеяния э. д. с. подаётся на вход лампового усилителя, а оттуда на индика­тор, которым могут служить те­лефонная трубка, гальванометр или электронная лампа (магиче­ский глаз). При отсутствии де­фектов перемещение искателя вызывает плавное изменение показаний индикатора. Дефект обнаруживается резким, скачко­образным изменением показа­ний индикатора, в телефоне на­блюдается щелчок звука, на гальванометре — отброс стрел­ки, на лампе появляется сомкну­тый тёмный сектор. Таким спо­собом могут быть выявлены не только поверхностные дефекты, но и дефекты, лежащие на довольно значительной глубине (до 20—25 мм).

Недостатком прибора, общим для всех магнитных приборов, является отсутствие однозначной связи между показаниями прибо­ра и размерами и степенью опасности дефекта. Прибор измеряет не дефект, а искажение магнитного поля, вызван­ное дефектом. Искажение магнитного поля, вызываемое дефектом, зависит не только от размеров дефекта, но и от его положения и очертаний. Вытяну­тый дефект, расположенный поперёк потока, вызывает большее искажение, чем тот же дефект при расположении вдоль потока. Поэтому при намагничи­вании изделия магнитный поток сле­дует располагать по возможности пер­пендикулярно к наибольшему размеру предполагаемых дефектов. Дефект с округлёнными очертаниями даёт меньшее искажение, чем дефект с острыми краями. Поэтому особенно хорошо выявляются непровары и трещины. Искажение поля быстро ослабевает с увеличением глубины залегания дефекта. По­
этому электромагнитный дефектоскоп пригоден лишь для качествен­ного обнаруживания дефектов без их количественной оценки.

На заводах дефектоскоп, например, применяется для предвари­тельного выявления мест сварного шва, подлежащих рентгеногра - фированию. Контролёр обследует сварные швы дефектоскопом со скоростью 25—30 м/час, отмечая мелом места, где дефектоскоп дал указание на наличие дефектов. С отмеченных мест снимаются рент­генограммы для установления точного характера и размеров дефек­тов. Дефектоскоп принципиально пригоден для контроля и немаг­нитных металлов, так как и в них может быть создана система вихревых токов электромагнитом переменного тока.

Звуковой или акустический контроль сварки. Звуковые колеба­ния, возникающие, например, при лёгком ударе по металлу, изме­няются и нарушаются наличием дефектов в металле. Поэтому прин­ципиально возможно выявление дефектов в сварных швах по вы­слушиванию звука, возникающего при нанесении лёгкого удара по металлу. Для улучшения слышимости может применяться стето­скоп, аналогично медицинскому выслушиванию. Звук, воспринимае­мый микрофоном, можно также выслушивать на телефоне или ре­продукторе, соединённом с микрофоном через ламповый усилитель. Пока звуковой или акустический метод контроля сварных швов мало разработан и редко применяется на практике.

На велосипедных заводах применяется звуковой метод контро­ля качества сварки обода велосипедного колеса. Сваренный обод вешается на деревянный колышек и по ободу наносится лёгкий удар деревянной палочкой. Дефекты сварки выявляются по глу­хому тону звука; качественная сварка характеризуется чистым зву­ком высокого гона.

Значительные перспективы промышленного использования для контроля сварки имеет ультразвук. Ультразвуковыми называются механические колебания со сверхзвуковой частотой, свыше 20 тысяч герц, не воспринимаемые нашим ухом. Инициатором изучения ультразвука и его промышленных применений, в том числе для целей контроля металлических изделий, является советский про­фессор С. Я. Соколов. Контроль сварных изделий ультразвуком за­трудняется малыми размерами дефектов сварных швов, однако и в этой области достигнуты практические результаты и созданы аппараты, пригодные для промышленного применения.

Контроль ультразвуком основан на малой проницаемости для ультразвука неметаллических включений, по сравнению со сплош­ным металлом, и отражении ультразвука от поверхности раздела разнородных сред.

Ультразвук создаётся пьезоэлектрическим генератором, в кото­ром источником механических колебаний служит кварцевая пла­стина, меняющая размеры, т. е. сжимающаяся при наложении элек­трического поля. Подавая на излучающую кварцевую пластину пе­ременный ток высокой частоты, можно вызвать в ней механические колебания той же частоты. Полученные колебания направляются в сварной шов, доходят до противоположной стороны металла и отра­

жаются от его поверхности назад вглубь металла. Если ультра­звуковой луч встретит на своём пути неметаллическое включение, то он отразится и пойдёт назад. Отражённый луч улавливается искателем — приёмным кварцем, по устройству аналогичным излу­чающему кварцу, но действующим в обратном направлении. В иска­теле ультразвук преобразуется в электрическую энергию. Ток от искателя после соответствующего преобразования и усиления по­даётся на электронно-лучевую трубку и даёт сигнал на светя­щемся экране, по которому можно установить наличие и приблизи­тельное местоположение дефекта.

Современные ультразвуковые установки работают по принципу радиолокации; основное излучение подаётся короткими импульсами, отражённый луч улавливается в перерывах между импульсами основного излучения. В настоящее время ультразвуковой метод на­ходится в стадии усиленной разработки, и в ближайшем будущем можно ожидать появления аппаратов, пригодных для промышлен­ного использования, в том числе для контроля сварных соединений.

Из других методов заслуживает упоминания люминесцентный метод контроля, применяющийся, например, для выявления тонких поверхностных трещин. Изделие погружается в смесь минерального масла с керосином, затем высушивается древесными опилками и посыпается тонким порошком окиси магния. Избыток окиси магния удаляется и она остаётся лишь в тонких трещинах, впитавших ми­неральное масло. После этого изделие освещается ультрафиолето­выми лучами от кварцевой лампы через светофильтр, поглощающий видимые световые лучи. При этом окись магния, пропитанная мине­ральным маслом, флюоресцирует ярким жёлто-зелёным цветом. Трещины на поверхности изделия, находящегося в затемнённой ка­мере, выявляются в виде ярко светящихся зигзагообразных линий.

При тепловом методе контроля одна сторона изделия нагре­вается, а на другую сторону наносится краска, меняющая цвет при нагревании (термокраска). Дефекты, расположенные на пути теп­лового потока, замедляют его распространение и нарушают равно­мерность его распределения. Наблюдая за изменениями цвета слоя термокраски в некоторых случаях можно выявить включения и рас­слоения в металле и т. п. Этот метод контроля находится ещё в стадии лабораторных исследований.