Вихретоковый контроль сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием - Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист
Вернуться   Неразрушающий контроль | Форум Дефектоскопист > Форум Дефектоскопист > Статьи о дефектоскопии


Старый 08.06.2015, 02:59   #1
В мире НК
Бывалый
 
Аватар для В мире НК
 
Регистрация: 10.06.2013
Сообщений: 268
Благодарил(а): 0 раз(а)
Поблагодарили: 14 раз(а)
Записей в дневнике: 1
Репутация: 18
По умолчанию Вихретоковый контроль сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием

Вихретоковый контроль сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием

Об авторах

Сотрудники Учреждения науки «Инженерно-конструкторский центр сопровождения эксплуатации космической техники» (УН ИКЦ СЭКТ), Санкт-Петербург:


Шипша Владимир Григорьевич
Руководитель центра технологий неразрушающего контроля, к. т. н., доцент


Молодкин Александр Дмитриевич
Ведущий специалист, к. т. н.


Величко Александр Сергеевич
Ведущий специалист

Михеев Владимир Иванович
Начальник сектора ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, г. Москва

Динамично развивающаяся отечественная ракетно-космическая техника все шире использует новые конструкционные материалы и покрытия, новые технологии и новые конструкторские решения, которые во многом обеспечивают ее высокий научно-технический и конкурентоспособный мировой уровень. Это, в свою очередь, определяет необходимость разработки и внедрения новых методов, средств и технологий НК, которые играют важную роль в обеспечении требуемого качества продукции.

Одной из перспективных технологий, внедряемой в производство элементов ракетно-космической техники (РКТ), является фрикционная сварка [1, 2], в научнотехнической литературе широко используется термин «сварка трением с перемешиванием» СТП (Friction Stir Welding - FSW). Эта технология используется при изготовлении лейнеров (емкостей для хранения сжатых газов) [4] и в настоящее время проходит опытную отработку для изготовления топливных баков ракет.

Сварка трением с перемешиванием (СТП) отличается от традиционных видов сварки повышенными механическими характеристиками сварных соединений различной конфигурации (стыковых, тавровых, угловых и др.) при широком диапазоне толщин свариваемых деталей, возможностью соединения материалов, считающихся несвариваемыми (например, сплавов типа Д16) при использовании традиционных видов сварки плавлением и др.


Рис. 1. Процесс сварки трением с перемешиванием

Процесс образования неразъемного соединения при использовании технологии СТП происходит с помощью стального цилиндрического сварочного инструмента (рис. 1). Вращающийся инструмент медленно погружается в стык деталей на глубину, равную толщине соединяемых кромок.
Изображения
Тип файла: jpg 000.jpg (4.5 Кб, 45 просмотров)
Тип файла: jpg 001.jpg (4.8 Кб, 44 просмотров)
Тип файла: jpg 002.jpg (5.8 Кб, 45 просмотров)
Тип файла: jpg 1.jpg (31.1 Кб, 46 просмотров)
В мире НК вне форума   Ответить с цитированием
Старый 08.06.2015, 03:02   #2
В мире НК
Бывалый
 
Аватар для В мире НК
 
Регистрация: 10.06.2013
Сообщений: 268
Благодарил(а): 0 раз(а)
Поблагодарили: 14 раз(а)
Записей в дневнике: 1
Репутация: 18
По умолчанию


Рис. 2. Макроструктура сварного соединения листов (сплав АМг6 толщиной 2 мм), выполненного СТП (а) с непроваром в корне шва (б)

Материал кромок за счет теплоты, выделяющейся при трении, нагревается до пластичного состояния, вследствие чего уменьшается усилие, действующее на инструмент. При поступательном движении вращающегося инструмента по стыку пластическое течение перемещает материал в зону, освобождающуюся сзади движущегося инструмента. При этом образуется шов, типовая макроструктура которого показана на рис. 2а.

Получение качественного сварного соединения достигается путем оптимального выбора комплекса технологических параметров: частоты вращения инструмента, скорости перемещения вдоль стыка (скорость сварки), усилия прижима инструмента, угла наклона инструмента и др.

В частности, серьезной проблемой является формирование качественного соединения в нижней части шва, которое зависит от длины стержня инструмента и величины заглубления. Эксперименты по сварке тонколистовой емкости из сплава АМг6 показали, что при отклонении величины заглубления инструмента от номинального значения всего на 0,02 мм в корне шва может возникнуть дефект типа непровара, вид которого показан на рис. 2б [3].


Рис. 3. Объект контроля: а - лейнер в сборе; б - полулейнер

При изготовлении тонкостенных сосудов давления с использованием сварки трением с перемешиванием, например, лейнеров [4], наличие непровара недопустимо, что обусловило необходимость выявления непровара методами НК. По заказу ГКНПЦ им. М. В. Хруничева для контроля круговых сварных швов лейнера (рис. 3) была разработана соответствующая технология контроля.

Анализ традиционно применяемых видов НК сварных швов (цветная дефектоскопия, радиационный контроль, ультразвуковая дефектоскопия и др.) показал, что они являются малоприменимыми для выявления непровара и оценивания его глубины h. Это, по-нашему мнению, связано с морфологией непровара (его формой, малым раскрытием - порядка 2 5 мкм, чередованием участков сплошностей и несплошностей, частичной заполненностью непровара интерметаллидами и оксидами), с толщиной сварного шва и его геометрией, а также с требованием минимально выявляемого дефекта размером (глубиной h) от 100 мкм.

В результате выполненных исследований показано, что наиболее приемлемым для контроля кругового сварного шва со стороны корня является вихретоковый вид контроля.

На основании сравнительных испытаний в качестве средства контроля был выбран вихретоковый дефектоскоп «Константа ВД1» с преобразователем ПФ-ОН-4-Al. В основу работы этого дефектоскопа положен вихретоковый фазовый метод получения первичной информации. Прибор позволяет выявлять поверхностные дефекты (непровары, трещины и т. д.) с использованием преобразователей серии ПФ (преобразователь фазовый). Преобразователь ПФ-ОН-4-Al предназначен для контроля объектов из алюминиевых и других неферромагнитных сплавов с электропроводностью от 8 до 27 МСм/м. Частота тока возбуждения составляет 700 кГц.

Совместно с ведущими специалистами ЗАО «Константа» М. Ю. Коротеевым и П. В. Соломенчуком удалось обеспечить чувствительность дефектоскопа к выявлению непровара глубиной порядка 100 мкм.

Первоначально для настройки чувствительности дефектоскопа и проверки достоверности результатов контроля был изготовлен комплект контрольных образцов чувствительности СО-1 из сплава АМг6 с дефектами в виде прорезей (комплект КО-ВХТ). Однако в процессе экспериментальных исследований достоверности вихретокового контроля круговых сварных швов выяснилось, что моделирование непровара в виде прорезей некорректно, так как результаты контроля сварных швов с непроваром имели большую погрешность оценки глубины непровара (=30 ÷ 40 %) при сравнении с результатами металлографических исследований. Это связано с тем, что в отличие от реальных непроваров образцы из комплекта КО-ВХТ имеют значительно большее раскрытие (ширину) прорезей, а также эти прорези не заполнены электропроводящими частицами.

Для решения этого вопроса были изготовлены и аттестованы специальные контрольные образцы чувствительности сварных соединений с реальным непроваром различной глубины (комплект ВТК-ФС).


Рис. 4. Геометрия сварного шва

Традиционно вихретоковый контроль проводится путем сканирования преобразователем объекта контроля (ОК) в направлении, перпендикулярном расположению предполагаемых дефектов. Применительно к круговым сварным швам лейнера такое сканирование должно осуществляться поперек шва. Однако наличие усиления в корне шва и его геометрия (рис. 4) делают такое сканирование нерациональным, так как краевые эффекты на границах усиления существенно искажают сигнал вихретокового преобразователя (ВТП) на оси шва, где может находиться непровар.

В связи с этим был рассмотрен вариант сканирования преобразователем вдоль шва по его оси. При этом предполагалась возможность настройки дефектоскопа (установка нуля) на бездефектном участке корня шва настроечного образца. Последующие исследования опровергли это предположение, т. к. влияние разброса значений удельной электропроводности о материала сварного шва на большом количестве образцов (более 30 шт.) было неприемлемым для обеспечения требуемой чувствительности контроля.

Тем не менее, продольное сканирование сварного шва независимо от корректности настройки дефектоскопа позволяет получить зависимость распределения показании дефектоскопа Q по длине шва и определить участки, где показания имеют максимальные значения. В качестве примера график распределения Q по длине шва представлен на рис. 5.


Рис. 5. Распределение показании дефектоскопа Q по длине шва

Очевидно, что в сварном шве на участках максимальных значении показании Q (отмечены 1, 2,3 на рис. 5) может присутствовать непровар в корне шва, причем максимальной глубины. Для подтверждения наличия непровара на этих участках необходимо проведение их сканирования поперек сварного шва. Однако трудности с настройкой дефектоскопа для поперечного сканирования остались.
Изображения
Тип файла: jpg 2.jpg (69.7 Кб, 47 просмотров)
Тип файла: jpg 3.jpg (64.4 Кб, 47 просмотров)
Тип файла: jpg 4.jpg (24.5 Кб, 46 просмотров)
Тип файла: jpg 5.jpg (32.0 Кб, 46 просмотров)
В мире НК вне форума   Ответить с цитированием
Старый 08.06.2015, 03:04   #3
В мире НК
Бывалый
 
Аватар для В мире НК
 
Регистрация: 10.06.2013
Сообщений: 268
Благодарил(а): 0 раз(а)
Поблагодарили: 14 раз(а)
Записей в дневнике: 1
Репутация: 18
По умолчанию


Рис. 6. Результаты поперечного сканирования

Для решения этого вопроса было введено понятие виртуального уровня показании на оси шва Q0, которое определяется как средне арифметическое для значении Q, соответствующих точкам максимального влияния краевого эффекта на графиках поперечного сканирования (т. A, B, D, E на рис. 6). Очевидно, что значение Q0 практически не зависит от наличия или отсутствия непровара в корне шва и по сути соответствует отсутствию непровара.


Рис. 7. Стенд для вихретокового контроля ВК-1М в собранном виде

Такой подход к решению задачи контроля круговых сварных швов лейнера позволил разработать методику контроля, реализованную в механизированном стенде вихретокового контроля ВК-1М (рис. 7). Ниже приведены основные этапы механизированного вихретокового контроля в соответствии с разработанной методикой.

1. Подготовка стенда ВК-1М и полулейнера (ОК) к проведению вихретокового контроля в соответствии с эксплуатационнои документацией

2. Проведение сканирования сварного шва леинера по его оси (продольного) преобразователем с записью результатов Q через 3°. Получение графика распределения Q по длине шва (рис. 5), анализ графика с определением критичных сечении (например, не менее трех), характеризующихся максимальными значениями Q.

3. Проведение поперечного (в направлении, перпендикулярном оси шва) ручного сканирования сварного шва в критичных сечениях с записью результатов измерении через 0,4 ÷ 0,5 мм.

Получение графиков с результатами поперечного сканирования для каждого из критичных сечении.

Для примера на рис. 6 приведены два графика поперечного сканирования сварного шва. На графиках обозначены характерные точки локальных экстремумов: A, B, C, D, E. При этом значения Q в точках A, B, D, E обусловлены геометрией шва (краевые эффекты), а в точке С - наличием (рис. 6б) или отсутствием (рис. 6а) непровара.

4. Для каждого критичного сечения производится расчет значения параметра ΔQ как разницы между QC - значением сигнала в усл. ед. (усл. ед. - единица измерения дефектоскопа), измеренным на оси шва (ордината т. С на рис. 6), и QC0 - виртуальным уровнем сигнала на оси шва для случая отсутствия дефекта (непровара) в сварном шве, по формуле: ΔQ = QC - QC0. Значение QC0 рассчитывается по формуле



-коэффициент, учитывающии геометрию кругового шва и различие электропроводности соединенных сваркои деталеи.


Рис. 8. Тарировочная зависимость (а) и результаты подтверждения достоверности контроля сварных швов (б)

5. Выполнение оценивания глубины непровара h с использованием полученных значении параметра ΔQ по тарировочнои зависимости (рис. 8а).

Для подтверждения достоверности результатов контроля сварных швов в соответствии с разработанной методикой вихретокового контроля были проведены тестовые испытания на образцах (более 20 шт.). Результаты этих испытании приведены на рис. 8б. При этом достоверность оценивания глубины выявленных в соответствии с методикой непроваров подтверждалась результатами металлографического анализа.

Выполненные исследования показали, что погрешность определения параметра ΔQ составляет ± 8 усл. ед. и связана, в основном, со структурной неоднородностью металла (сплава АМг6) в зоне сварки. Экспериментально установлено, что если ΔQ < 10 усл. ед., то глубина непровара меньше 100 мкм, и такой непровар не может быть выявлен существующими вихретоковыми средствами контроля в производственных условиях.

Полученные данные подтвердили достоверность результатов вихретокового контроля в соответствии с разработаннойй методикойй контроля сварных швов, выполненных сваркой трением с перемешиванием.

В настоящее время разработанная методика проходит опытную апробацию в заводских условиях ГКНПЦ им. М.В. Хруничева и рекомендована к внедрению для контроля круговых сварных швов леинеров.

Литература

1. Клименко Ю. В. А. с. СССР № 195846. -Бюлл. изобр. 1967. Вып. 10.

2. Патент № 9125978.8 (Великобритания).

3. Фролов В. А., Иванюхин А. Н., Сабанцев А. Н. и др. Сварка трением с перемешиванием - плюсы и минусы. - Сварочное производство. 2008. № 10. С. 12 - 18.

4. Половцев В. А., Макаров Н. В., Шилло Г. В. и др. Фрикционная сварка алюминиевых леинеров металло-композитных баллонов высокого давления. - Сварочное производство. 2007. № 12. С. 24-27.
Изображения
Тип файла: jpg 6.jpg (62.1 Кб, 45 просмотров)
Тип файла: jpg 7.jpg (27.5 Кб, 44 просмотров)
Тип файла: jpg 8.jpg (49.1 Кб, 44 просмотров)
Тип файла: jpg f1.jpg (45.5 Кб, 44 просмотров)
В мире НК вне форума   Ответить с цитированием
Старый 08.06.2015, 04:12   #4
admin
Администратор
 
Аватар для admin
 
Регистрация: 16.04.2012
Сообщений: 2,205
Благодарил(а): 57 раз(а)
Поблагодарили: 252 раз(а)
Записей в дневнике: 3
Репутация: 209
По умолчанию

Шипша В.Г., Молодкин А.Д., Величко А.С., Михеев В.И. Вихретоковый контроль сварных соединений, полученных сваркой трением с перемешиванием. − В мире НК. – Июнь 2011 г. − № 2 (52). − С. 62–64. Статья любезно предоставлена редакцией журнала «В мире НК» (http://www.ndtworld.com). Наиболее точная и достоверная версия – в прикрепленном файле.
Вложения
Тип файла: pdf 52_62-64.pdf (368.5 Кб, 14 просмотров)
admin вне форума   Ответить с цитированием
Ответ
Похожие темы
Тема Автор Раздел Ответов Последнее сообщение
Современная аппаратура для УЗК металлоконструкций admin Статьи о дефектоскопии 4 03.04.2014 09:57
НК как компонент стратегии минимизации рисков и затрат admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 20:45
Комплексный тепловой контроль зданий строительных сооружений admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 14:45
Автоматический ультразвуковой контроль сварных стыков при ст admin Статьи о дефектоскопии 3 28.01.2014 13:30
Степень объективности регистрируемых результатов ультразвуко admin Статьи о дефектоскопии 1 17.11.2012 19:14


Опции темы
Опции просмотра

Ваши права в разделе
Вы не можете создавать новые темы
Вы не можете отвечать в темах
Вы не можете прикреплять вложения
Вы не можете редактировать свои сообщения

BB коды Вкл.
Смайлы Вкл.
[IMG] код Вкл.
HTML код Выкл.

Быстрый переход

VK Defektoskopist OK Defektoskopist Facebook Defektoskopist Instagram Defektoskopist YouTube Defektoskopist


Текущее время: 21:00. Часовой пояс GMT +3. Copyright ©2000 - 2018. Перевод: zCarot.
Внимание, коллеги! В целях нормальной работы форума администрация оставляет за собой право на обработку персональных данных зарегистрированных пользователей. В случае вашего несогласия просьба написать жалобу на defektoskopist.ru@gmail.com